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java高并發(fā)之從零到放棄(四)

Alex / 1412人閱讀

摘要:前言本篇主要講解如何去優(yōu)化鎖機(jī)制或者克服多線程因?yàn)殒i可導(dǎo)致性能下降的問題線程變量有這樣一個(gè)場(chǎng)景,前面是一大桶水,個(gè)人去喝水,為了保證線程安全,我們要在杯子上加鎖導(dǎo)致大家輪著排隊(duì)喝水,因?yàn)榧恿随i的杯子是同步的,只能有一個(gè)人拿著這個(gè)唯一的杯子喝

前言

本篇主要講解如何去優(yōu)化鎖機(jī)制
或者克服多線程因?yàn)殒i可導(dǎo)致性能下降的問題

ThreadLocal線程變量

有這樣一個(gè)場(chǎng)景,前面是一大桶水,10個(gè)人去喝水,為了保證線程安全,我們要在杯子上加鎖
導(dǎo)致大家輪著排隊(duì)喝水,因?yàn)榧恿随i的杯子是同步的,只能有一個(gè)人拿著這個(gè)唯一的杯子喝水
這樣子大家都喝完一杯水需要很長(zhǎng)的時(shí)間
如果我們給每個(gè)人分發(fā)一個(gè)杯子呢?是不是每人喝到水的時(shí)間縮小到了十分之一

多線程并發(fā)也是一個(gè)道理
在每個(gè)Thread中都有自己的數(shù)據(jù)存放空間(ThreadLocalMap)
而ThreadLocal就是在當(dāng)前線程的存放空間中存放數(shù)據(jù)
下面這個(gè)例子,在每個(gè)線程中存放一個(gè)arraylist,而不是大家去公用一個(gè)arraylist

</>復(fù)制代碼

  1. public class ThreadLocalTest {
  2. public static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
  3. public static ArrayList list = new ArrayList();
  4. public static class Demo implements Runnable {
  5. private int i;
  6. public Demo(int i) {
  7. this.i = i;
  8. }
  9. @Override
  10. public void run() {
  11. list.add(i);
  12. threadLocal.set(list);
  13. System.out.println(threadLocal.get());
  14. }
  15. }
  16. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  17. ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(5);
  18. for (int j = 0; j < 200; j++) {
  19. es.execute(new Demo(j));
  20. }
  21. Thread.sleep(3000);
  22. System.out.println(list.size());
  23. es.shutdown();
  24. }
  25. }

在每個(gè)線程內(nèi)部有一塊存儲(chǔ)區(qū)域叫做ThreadLocalMap
可以看到,ThreadLocal采用set,get存取值方式
只有線程完全關(guān)閉時(shí),在ThreadLocalMap中的數(shù)據(jù)才會(huì)被GC回收

這時(shí)有一個(gè)值得考慮的問題
我們使用線程池來開發(fā)的時(shí)候,線程池中的線程并不會(huì)關(guān)閉,它只是處于空閑狀態(tài)
也就是說,我們?nèi)绻堰^大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在當(dāng)前線程的ThreadLocalMap中,線程不斷的調(diào)用,被空閑...
最后會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出
解決方法是當(dāng)不需要這些數(shù)據(jù)時(shí)
使用ThreadLocal.remove()方法將變量給移除

CAS操作

還有一種脫離鎖的機(jī)制,那就是CAS
CAS帶著三個(gè)變量,分別是:
V更新變量:需要返回的變量
E預(yù)期值:原來的值
N新值,傳進(jìn)來的新變量

只有當(dāng)預(yù)期值和新值相等時(shí),才會(huì)把V=N,如果不相等,說明該操作會(huì)讓數(shù)據(jù)無法同步
根據(jù)上面的解釋,大概就能知道CAS其實(shí)也是在保護(hù)數(shù)據(jù)的同步性

當(dāng)多個(gè)線程進(jìn)行CAS操作時(shí),可想只有一個(gè)線程能成功更新,之后其它線程的E和V會(huì)不地進(jìn)行斷比較
所以CAS的同步鎖的實(shí)現(xiàn)是一樣的

CAS操作的并發(fā)包在Atomic包中,atomic實(shí)現(xiàn)了很多類型
不管是AtomicInteger還是AtomicReference,都有相同點(diǎn),請(qǐng)觀察它們的源碼:

</>復(fù)制代碼

  1. private volatile V value;
  2. private static final long valueOffset;

以上是AtomicReferenc

</>復(fù)制代碼

  1. private volatile int value;
  2. private static final long valueOffset;

以上是AtomicIntege

都有value,這是它們的當(dāng)前實(shí)際值
valueOffset保存的是value的偏移量

下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的AtomicIntege例子:

</>復(fù)制代碼

  1. public class AtomicTest {
  2. public static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
  3. //public static AtomicReference atomicReference = new AtomicReference();
  4. public static class Demo implements Runnable{
  5. @Override
  6. public void run() {
  7. for (int j=0;j<1000;j++){
  8. atomicInteger.incrementAndGet(); //當(dāng)前值加1并且返回當(dāng)前值
  9. }
  10. }
  11. }
  12. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  13. ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
  14. for (int i =0;i<10;i++){
  15. es.submit(new Demo());
  16. }
  17. Thread.sleep(5000);
  18. System.out.println(atomicInteger);
  19. }
  20. }

你試著執(zhí)行一下,如果打印出10000說明線程安全
使用CAS操作比同步鎖擁有更好的性能

我們來看下incrementAndGet()的源碼:

</>復(fù)制代碼

  1. public final int incrementAndGet() {
  2. return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
  3. }

來看下getAndAddInt()源碼:

</>復(fù)制代碼

  1. public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
  2. int var5;
  3. do {
  4. var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
  5. } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
  6. return var5;
  7. }

這里有一個(gè)循環(huán),再細(xì)看源碼發(fā)現(xiàn)是native的,雖然看不到原生代碼,但是可以看出它這里做了一個(gè)CAS操作,不斷地進(jìn)行多個(gè)變量的比較,只有預(yù)設(shè)值和新值相等時(shí),才跳出循環(huán)
var5就是需要更新的變量,var1和var2是預(yù)設(shè)值和新值

死鎖

講了那么多無鎖的操作,我們來看一下一個(gè)死鎖的現(xiàn)象
兩個(gè)線程互相占著對(duì)方想得到的鎖,就會(huì)出現(xiàn)死鎖狀況

</>復(fù)制代碼

  1. public class DeadLock extends Thread{
  2. protected String suo;
  3. public static String zuo = new String();
  4. public static String you = new String();
  5. public DeadLock(String suo){
  6. this.suo=suo;
  7. }
  8. @Override
  9. public void run(){
  10. if (suo==zuo){
  11. synchronized (zuo){
  12. System.out.println("拿到了左,正在拿右......");
  13. synchronized (you){
  14. System.out.println("拿到了右,成功了");
  15. }
  16. }
  17. }
  18. if (suo==you){
  19. synchronized (you){
  20. System.out.println("拿到了右,正在拿左......");
  21. synchronized (zuo){
  22. System.out.println("拿到了zuo,成功了");
  23. }
  24. }
  25. }
  26. }
  27. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  28. for (int i=0;i<10000;i++){
  29. DeadLock t1 = new DeadLock(zuo);
  30. DeadLock t2 = new DeadLock(you);
  31. t1.start();t2.start();
  32. }
  33. Thread.sleep(50000);
  34. }
  35. }

如圖:


出現(xiàn)了兩個(gè)線程的死鎖現(xiàn)象,所以說去鎖不僅能提升性能,也能防止死鎖的產(chǎn)生

今天就先到這里,大家可以看看這些內(nèi)容的拓展
記得點(diǎn)關(guān)注看更新,謝謝閱讀

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