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Java中有哪些無鎖技術(shù)來解決并發(fā)問題？如何使用？

 除了使用 synchronized、Lock 加鎖之外，Java 中還有很多不需要加鎖就可以解決并發(fā)問題的工具類

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司專注于光明企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),響應(yīng)式網(wǎng)站建設(shè),商城系統(tǒng)網(wǎng)站開發(fā)。光明網(wǎng)站建設(shè)公司,為光明等地區(qū)提供建站服務(wù)。全流程按需設(shè)計(jì)，專業(yè)設(shè)計(jì)，全程項(xiàng)目跟蹤，成都創(chuàng)新互聯(lián)公司專業(yè)和態(tài)度為您提供的服務(wù)

一、原子工具類

JDK 1.8 中，java.util.concurrent.atomic 包下類都是原子類，原子類都是基于 sun.misc.Unsafe 實(shí)現(xiàn)的。

  • CPU 為了解決并發(fā)問題，提供了 CAS 指令，全稱 Compare And Swap，即比較并交互
  • CAS 指令需要 3 個(gè)參數(shù)，變量、比較值、新值。當(dāng)變量的當(dāng)前值與比較值相等時(shí)，才把變量更新為新值
  • CAS 是一條 CPU 指令，由 CPU 硬件級(jí)別上保證原子性

java.util.concurrent.atomic 包中的原子分為：原子性基本數(shù)據(jù)類型、原子性對(duì)象引用類型、原子性數(shù)組、原子性對(duì)象屬性更新器和原子性累加器

原子性基本數(shù)據(jù)類型：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong

原子性對(duì)象引用類型：AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference

原子性數(shù)組：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray

原子性對(duì)象屬性更新：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

原子性累加器：DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator、LongAdder

修改我們之前測(cè)試原子性問題的類，使用 AtomicInteger 的簡(jiǎn)單例子

 
 
 
    
  
  
  
  1. package constxiong.concurrency.a026; 
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
    4. 
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  5. /** 
    6. 
  
  
  
  6.  * 測(cè)試 原子類 AtomicInteger 
    7. 
  
  
  
  7.  *  
    8. 
  
  
  
  8.  * @author ConstXiong 
    9. 
  
  
  
  9.  */ 
    10. 
  
  
  
  10. public class TestAtomicInteger { 
    11. 
  
  
  
  11.  
    12. 
  
  
  
  12.  // 計(jì)數(shù)變量 
    13. 
  
  
  
  13.  static volatile AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); 
    14. 
  
  
  
  14.  
    15. 
  
  
  
  15.  public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    16. 
  
  
  
  16.  // 線程 1 給 count 加 10000 
    17. 
  
  
  
  17.  Thread t1 = new Thread(() -> { 
    18. 
  
  
  
  18.  for (int j = 0; j <10000; j++) { 
    19. 
  
  
  
  19.  count.incrementAndGet(); 
    20. 
  
  
  
  20.  } 
    21. 
  
  
  
  21.  System.out.println("thread t1 count 加 10000 結(jié)束"); 
    22. 
  
  
  
  22.  }); 
    23. 
  
  
  
  23.  
    24. 
  
  
  
  24.  // 線程 2 給 count 加 10000 
    25. 
  
  
  
  25.  Thread t2 = new Thread(() -> { 
    26. 
  
  
  
  26.  for (int j = 0; j <10000; j++) { 
    27. 
  
  
  
  27.  count.incrementAndGet(); 
    28. 
  
  
  
  28.  } 
    29. 
  
  
  
  29.  System.out.println("thread t2 count 加 10000 結(jié)束"); 
    30. 
  
  
  
  30.  }); 
    31. 
  
  
  
  31.  
    32. 
  
  
  
  32.  // 啟動(dòng)線程 1 
    33. 
  
  
  
  33.  t1.start(); 
    34. 
  
  
  
  34.  // 啟動(dòng)線程 2 
    35. 
  
  
  
  35.  t2.start(); 
    36. 
  
  
  
  36.  
    37. 
  
  
  
  37.  // 等待線程 1 執(zhí)行完成 
    38. 
  
  
  
  38.  t1.join(); 
    39. 
  
  
  
  39.  // 等待線程 2 執(zhí)行完成 
    40. 
  
  
  
  40.  t2.join(); 
    41. 
  
  
  
  41.  
    42. 
  
  
  
  42.  // 打印 count 變量 
    43. 
  
  
  
  43.  System.out.println(count.get()); 
    44. 
  
  
  
  44.  } 
    45. 
  
  
  
  45.  
    46. 
  
  
  
  46. } 
    47.

打印結(jié)果如預(yù)期

 
 
 
    
  
  
  
  1. thread t2 count 加 10000 結(jié)束 
    2. 
  
  
  
  2. thread t1 count 加 10000 結(jié)束 
    3. 
  
  
  
  3. 20000 
    4.

二、線程本地存儲(chǔ)

  • java.lang.ThreadLocal 類用于線程本地化存儲(chǔ)。
  • 線程本地化存儲(chǔ)，就是為每一個(gè)線程創(chuàng)建一個(gè)變量，只有本線程可以在該變量中查看和修改值。
  • 典型的使用例子就是，spring 在處理數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)問題的時(shí)候，就用了 ThreadLocal 為每個(gè)線程存儲(chǔ)了各自的數(shù)據(jù)庫(kù)連接 Connection。
  • 使用 ThreadLocal 要注意，在不使用該變量的時(shí)候，一定要調(diào)用 remove() 方法移除變量，否則可能造成內(nèi)存泄漏的問題。

示例

 
 
 
    
  
  
  
  1. package constxiong.concurrency.a026; 
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3. /** 
    4. 
  
  
  
  4.  * 測(cè)試 原子類 AtomicInteger 
    5. 
  
  
  
  5.  *  
    6. 
  
  
  
  6.  * @author ConstXiong 
    7. 
  
  
  
  7.  */ 
    8. 
  
  
  
  8. public class TestThreadLocal { 
    9. 
  
  
  
  9.  
    10. 
  
  
  
  10.  // 線程本地存儲(chǔ)變量 
    11. 
  
  
  
  11.  private static final ThreadLocal THREAD_LOCAL_NUM = new ThreadLocal() { 
    12. 
  
  
  
  12.  @Override 
    13. 
  
  
  
  13.  protected Integer initialValue() {//初始值 
    14. 
  
  
  
  14.  return 0; 
    15. 
  
  
  
  15.  } 
    16. 
  
  
  
  16.  }; 
    17. 
  
  
  
  17.  
    18. 
  
  
  
  18.  public static void main(String[] args) { 
    19. 
  
  
  
  19.  for (int i = 0; i <3; i++) {// 啟動(dòng)三個(gè)線程 
    20. 
  
  
  
  20.  Thread t = new Thread() { 
    21. 
  
  
  
  21.  @Override 
    22. 
  
  
  
  22.  public void run() { 
    23. 
  
  
  
  23.  add10ByThreadLocal(); 
    24. 
  
  
  
  24.  } 
    25. 
  
  
  
  25.  }; 
    26. 
  
  
  
  26.  t.start(); 
    27. 
  
  
  
  27.  } 
    28. 
  
  
  
  28.  } 
    29. 
  
  
  
  29.  
    30. 
  
  
  
  30.  /** 
    31. 
  
  
  
  31.  * 線程本地存儲(chǔ)變量加 5 
    32. 
  
  
  
  32.  */ 
    33. 
  
  
  
  33.  private static void add10ByThreadLocal() { 
    34. 
  
  
  
  34.  try { 
    35. 
  
  
  
  35.  for (int i = 0; i <5; i++) { 
    36. 
  
  
  
  36.  Integer n = THREAD_LOCAL_NUM.get(); 
    37. 
  
  
  
  37.  n += 1; 
    38. 
  
  
  
  38.  THREAD_LOCAL_NUM.set(n); 
    39. 
  
  
  
  39.  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : ThreadLocal num=" + n); 
    40. 
  
  
  
  40.  } 
    41. 
  
  
  
  41.  } finally { 
    42. 
  
  
  
  42.  THREAD_LOCAL_NUM.remove();// 將變量移除 
    43. 
  
  
  
  43.  } 
    44. 
  
  
  
  44.  } 
    45. 
  
  
  
  45. } 
    46.

每個(gè)線程最后一個(gè)值都打印到了 5

 
 
 
    
  
  
  
  1. Thread-0 : ThreadLocal num=1 
    2. 
  
  
  
  2. Thread-2 : ThreadLocal num=1 
    3. 
  
  
  
  3. Thread-1 : ThreadLocal num=1 
    4. 
  
  
  
  4. Thread-2 : ThreadLocal num=2 
    5. 
  
  
  
  5. Thread-0 : ThreadLocal num=2 
    6. 
  
  
  
  6. Thread-2 : ThreadLocal num=3 
    7. 
  
  
  
  7. Thread-0 : ThreadLocal num=3 
    8. 
  
  
  
  8. Thread-1 : ThreadLocal num=2 
    9. 
  
  
  
  9. Thread-0 : ThreadLocal num=4 
    10. 
  
  
  
  10. Thread-2 : ThreadLocal num=4 
    11. 
  
  
  
  11. Thread-0 : ThreadLocal num=5 
    12. 
  
  
  
  12. Thread-1 : ThreadLocal num=3 
    13. 
  
  
  
  13. Thread-2 : ThreadLocal num=5 
    14. 
  
  
  
  14. Thread-1 : ThreadLocal num=4 
    15. 
  
  
  
  15. Thread-1 : ThreadLocal num=5 
    16.

三、copy-on-write

根據(jù)英文名稱可以看出，需要寫時(shí)復(fù)制，體現(xiàn)的是一種延時(shí)策略。

Java 中的 copy-on-write 容器包括：CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet。

涉及到數(shù)組的全量復(fù)制，所以也比較耗內(nèi)存，在寫少的情況下使用比較適合。

簡(jiǎn)單的 CopyOnWriteArrayList 的示例，這里只是說明 CopyOnWriteArrayList 怎么用，并且是線程安全的。這個(gè)場(chǎng)景并不適合使用 CopyOnWriteArrayList，因?yàn)閷懚嘧x少。

 
 
 
    
  
  
  
  1. package constxiong.concurrency.a026; 
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3. import java.util.ArrayList; 
    4. 
  
  
  
  4. import java.util.List; 
    5. 
  
  
  
  5. import java.util.Random; 
    6. 
  
  
  
  6. import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; 
    7. 
  
  
  
  7.  
    8. 
  
  
  
  8. /** 
    9. 
  
  
  
  9.  * 測(cè)試 copy-on-write 
    10. 
  
  
  
  10.  * @author ConstXiong 
    11. 
  
  
  
  11.  */ 
    12. 
  
  
  
  12. public class TestCopyOnWrite { 
    13. 
  
  
  
  13.  
    14. 
  
  
  
  14.  private static final Random R = new Random(); 
    15. 
  
  
  
  15.   
    16. 
  
  
  
  16.  private static CopyOnWriteArrayList cowList = new CopyOnWriteArrayList(); 
    17. 
  
  
  
  17. // private static ArrayList cowList = new ArrayList(); 
    18. 
  
  
  
  18.   
    19. 
  
  
  
  19.  public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    20. 
  
  
  
  20.  List threadList = new ArrayList(); 
    21. 
  
  
  
  21.  //啟動(dòng) 1000 個(gè)線程，向 cowList 添加 5 個(gè)隨機(jī)整數(shù) 
    22. 
  
  
  
  22.  for (int i = 0; i <1000; i++) { 
    23. 
  
  
  
  23.  Thread t = new Thread(() -> { 
    24. 
  
  
  
  24.  for (int j = 0; j <5; j++) { 
    25. 
  
  
  
  25.  //休眠 10 毫秒，讓線程同時(shí)向 cowList 添加整數(shù)，引出并發(fā)問題 
    26. 
  
  
  
  26.  try { 
    27. 
  
  
  
  27.  Thread.sleep(10); 
    28. 
  
  
  
  28.  } catch (InterruptedException e) { 
    29. 
  
  
  
  29.  e.printStackTrace(); 
    30. 
  
  
  
  30.  } 
    31. 
  
  
  
  31.  cowList.add(R.nextInt(100)); 
    32. 
  
  
  
  32.  } 
    33. 
  
  
  
  33.  }) ; 
    34. 
  
  
  
  34.  t.start(); 
    35. 
  
  
  
  35.  threadList.add(t); 
    36. 
  
  
  
  36.  } 
    37. 
  
  
  
  37.   
    38. 
  
  
  
  38.  for (Thread t : threadList) { 
    39. 
  
  
  
  39.  t.join(); 
    40. 
  
  
  
  40.  } 
    41. 
  
  
  
  41.  System.out.println(cowList.size()); 
    42. 
  
  
  
  42.  } 
    43. 
  
  
  
  43. } 
    44.

打印結(jié)果

 
 
 
    
  
  
  
  1. 5000 
    2.

如果把

 
 
 
    
  
  
  
  1. private static CopyOnWriteArrayList cowList = new CopyOnWriteArrayList(); 
    2.

改為

 
 
 
    
  
  
  
  1. private static ArrayList cowList = new ArrayList(); 
    2.

打印結(jié)果就是小于 5000 的整數(shù)了


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