Java中有哪些无锁技术来解决并发问题?如何使用?
除了使用 synchronized、Lock 加锁之外,Java 中还有很多不需要加锁就可以解决并发问题的工具类
一、原子工具类
JDK 1.8 中,java.util.concurrent.atomic 包下类都是原子类,原子类都是基于 sun.misc.Unsafe 实现的。
- CPU 为了解决并发问题,提供了 CAS 指令,全称 Compare And Swap,即比较并交互
- CAS 指令需要 3 个参数,变量、比较值、新值。当变量的当前值与比较值相等时,才把变量更新为新值
- CAS 是一条 CPU 指令,由 CPU 硬件级别上保证原子性
- java.util.concurrent.atomic 包中的原子分为:原子性基本数据类型、原子性对象引用类型、原子性数组、原子性对象属性更新器和原子性累加器
原子性基本数据类型:AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong
原子性对象引用类型:AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference
原子性数组:AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
原子性对象属性更新:AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater
原子性累加器:DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator、LongAdder
修改我们之前测试原子性问题的类,使用 AtomicInteger 的简单例子
package constxiong.concurrency.a026;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** 测试 原子类 AtomicInteger* * @author ConstXiong*/
public class TestAtomicInteger {// 计数变量static volatile AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 线程 1 给 count 加 10000Thread t1 = new Thread(() -> {for (int j = 0; j <10000; j++) {count.incrementAndGet();}System.out.println("thread t1 count 加 10000 结束");});// 线程 2 给 count 加 10000Thread t2 = new Thread(() -> {for (int j = 0; j <10000; j++) {count.incrementAndGet();}System.out.println("thread t2 count 加 10000 结束");});// 启动线程 1t1.start();// 启动线程 2t2.start();// 等待线程 1 执行完成t1.join();// 等待线程 2 执行完成t2.join();// 打印 count 变量System.out.println(count.get());}}
打印结果如预期
thread t2 count 加 10000 结束 thread t1 count 加 10000 结束 20000
二、线程本地存储
- java.lang.ThreadLocal 类用于线程本地化存储。
- 线程本地化存储,就是为每一个线程创建一个变量,只有本线程可以在该变量中查看和修改值。
- 典型的使用例子就是,spring 在处理数据库事务问题的时候,就用了 ThreadLocal 为每个线程存储了各自的数据库连接 Connection。
- 使用 ThreadLocal 要注意,在不使用该变量的时候,一定要调用 remove() 方法移除变量,否则可能造成内存泄漏的问题。
示例
package constxiong.concurrency.a026;/*** 测试 原子类 AtomicInteger* * @author ConstXiong*/
public class TestThreadLocal {// 线程本地存储变量private static final ThreadLocal<Integer> THREAD_LOCAL_NUM = new ThreadLocal<Integer>() {@Overrideprotected Integer initialValue() {//初始值return 0;}};public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i <3; i++) {// 启动三个线程Thread t = new Thread() {@Overridepublic void run() {add10ByThreadLocal();}};t.start();}}/*** 线程本地存储变量加 5*/private static void add10ByThreadLocal() {try {for (int i = 0; i <5; i++) {Integer n = THREAD_LOCAL_NUM.get();n += 1;THREAD_LOCAL_NUM.set(n);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : ThreadLocal num=" + n);}} finally {THREAD_LOCAL_NUM.remove();// 将变量移除}}
}
每个线程最后一个值都打印到了 5
Thread-0 : ThreadLocal num=1 Thread-2 : ThreadLocal num=1 Thread-1 : ThreadLocal num=1 Thread-2 : ThreadLocal num=2 Thread-0 : ThreadLocal num=2 Thread-2 : ThreadLocal num=3 Thread-0 : ThreadLocal num=3 Thread-1 : ThreadLocal num=2 Thread-0 : ThreadLocal num=4 Thread-2 : ThreadLocal num=4 Thread-0 : ThreadLocal num=5 Thread-1 : ThreadLocal num=3 Thread-2 : ThreadLocal num=5 Thread-1 : ThreadLocal num=4 Thread-1 : ThreadLocal num=5
三、copy-on-write
- 根据英文名称可以看出,需要写时复制,体现的是一种延时策略。
- Java 中的 copy-on-write 容器包括:CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet。
- 涉及到数组的全量复制,所以也比较耗内存,在写少的情况下使用比较适合。
简单的 CopyOnWriteArrayList 的示例,这里只是说明 CopyOnWriteArrayList 怎么用,并且是线程安全的。这个场景并不适合使用 CopyOnWriteArrayList,因为写多读少。
package constxiong.concurrency.a026;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;/*** 测试 copy-on-write* @author ConstXiong*/
public class TestCopyOnWrite {private static final Random R = new Random();private static CopyOnWriteArrayList<Integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();
// private static ArrayList<Integer> cowList = new ArrayList<Integer>();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {List<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>();//启动 1000 个线程,向 cowList 添加 5 个随机整数for (int i = 0; i <1000; i++) {Thread t = new Thread(() -> {for (int j = 0; j <5; j++) {//休眠 10 毫秒,让线程同时向 cowList 添加整数,引出并发问题try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}cowList.add(R.nextInt(100));}}) ;t.start();threadList.add(t);}for (Thread t : threadList) {t.join();}System.out.println(cowList.size());}
}
打印结果
5000
如果把
private static CopyOnWriteArrayList<Integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();
改为
private static ArrayList<Integer> cowList = new ArrayList<Integer>();
打印结果就是小于 5000 的整数了
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