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Go從語言層面原生支持并發(fā)，并且使用簡單，Go語言中的并發(fā)基于輕量級線程Goroutine，創(chuàng)建成本很低，單個Go應(yīng)用也可以充分利用CPU多核，編寫高并發(fā)服務(wù)端軟件簡單，執(zhí)行性能好，很多情況下完全不需要考慮鎖機制以及由此帶來的各種問題。
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看到這，我的心瞬間涼了大半截，真的是字字扎心。雖然說java里的JUC包已經(jīng)幫我們封裝好了很多并發(fā)工具，但實際高并發(fā)的環(huán)境中我們還要考慮到各種鎖的使用，以及服務(wù)器性能瓶頸、限流熔斷等非常多方面的問題。
再說回go，前面提到的這個goroutine究竟是什么東西?其實，輕量級線程goroutine也可以被稱為協(xié)程，得益于go中的調(diào)度器以及GMP模型，go程序會智能地將goroutine中的任務(wù)合理地分配給每個 CPU。
好了，其實上面說的這一大段我也不懂，都是向?qū)慻o的哥們兒請教來的，總之就是go的并發(fā)性能非常優(yōu)秀就是了。不過這都不是我們要說的重點，今天我們要討論的是如何在Java中使用協(xié)程。
協(xié)程是什么?
我們知道，線程在阻塞狀態(tài)和可運行狀態(tài)的切換，以及線程間的上下文切換都會造成性能的損耗。為了解決這些問題，引入?yún)f(xié)程coroutine這一概念，就像在一個進程中允許存在多個線程，在一個線程中，也可以存在多個協(xié)程。
那么，使用協(xié)程究竟有什么好處呢?
首先，執(zhí)行效率高。線程的切換由操作系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行，消耗資源較多。而協(xié)程由程序控制，在用戶態(tài)執(zhí)行，不需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，我們也可以理解為，協(xié)程是一種進程自身來調(diào)度任務(wù)的調(diào)度模式，因此協(xié)程間的切換開銷遠小于線程切換。
其次，節(jié)省資源。因為協(xié)程在本質(zhì)上是通過分時復(fù)用了一個單線程，因此能夠節(jié)省一定的資源。
類似于線程的五種狀態(tài)切換，協(xié)程間也存在狀態(tài)的切換，下面這張圖展示了協(xié)程調(diào)度器內(nèi)部任務(wù)的流轉(zhuǎn)。
綜合上面這些角度來看，和原生支持協(xié)程的go比起來，java在多線程并發(fā)上還真的是不堪一擊。但是，雖然在Java官方的jdk中不能直接使用協(xié)程，但是，有其他的開源框架借助動態(tài)修改字節(jié)碼的方式實現(xiàn)了協(xié)程，就比如我們接下來要學(xué)習(xí)的Quasar。
Quasar使用
Quasar是一個開源的Java協(xié)程框架，通過利用Java instrument技術(shù)對字節(jié)碼進行修改，使方法掛起前后可以保存和恢復(fù)jvm棧幀，方法內(nèi)部已執(zhí)行到的字節(jié)碼位置也通過增加狀態(tài)機的方式記錄，在下次恢復(fù)執(zhí)行可直接跳轉(zhuǎn)至最新位置。
Quasar項目最后更新時間為2018年，版本停留在0.8.0，但是我在直接使用這個版本時報了一個錯誤：
這個錯誤的大意就是這個class文件是使用的高版本jdk編譯的，所以你在低版本的jdk上當然無法運行了。這里major版本號54對應(yīng)的是jdk10，而我使用的是jdk8，無奈降級試了一下低版本，果然0.7.10可以使用：
co.paralleluniverse
quasar-core
0.7.10
在我們做好準備工作后，下面就寫幾個例子來感受一下協(xié)程的魅力吧。
1、運行時間
下面我們模擬一個簡單的場景，假設(shè)我們有一個任務(wù)，平均執(zhí)行時間為1秒，分別測試一下使用線程和協(xié)程并發(fā)執(zhí)行10000次需要消耗多少時間。
先通過線程進行調(diào)用，直接使用Executors線程池：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(10000);
long start = System.currentTimeMillis();
ExecutorService executor= Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
executor.submit(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Thread use:"+(end-start)+" ms");
}查看運行時間：
好了，下面我們再用Quasar中的協(xié)程跑一下和上面相同的流程。這里我們要使用的是Quasar中的Fiber，它可以被翻譯為協(xié)程或纖程，創(chuàng)建Fiber的類型主要可分為下面兩類：
public Fiber(String name, FiberScheduler scheduler, int stackSize, SuspendableRunnable target);
public Fiber(String name, FiberScheduler scheduler, int stackSize, SuspendableCallabletarget);
在Fiber中可以運行無返回值的SuspendableRunnable或有返回值的SuspendableCallable，看這個名字也知道區(qū)別就是java中的Runnable和Callable的區(qū)別了。其余參數(shù)都可以省略，name為協(xié)程的名稱，scheduler是調(diào)度器，默認使用FiberForkJoinScheduler，stackSize指定用于保存fiber調(diào)用棧信息的stack大小。
在下面的代碼中，使用了Fiber.sleep()方法進行協(xié)程的休眠，和Thread.sleep()非常類似。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(10000);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Fiber<>(new SuspendableRunnable(){
@Override
public Integer run() throws SuspendExecution, InterruptedException {
Fiber.sleep(1000);
countDownLatch.countDown();
}
}).start();
}
countDownLatch.await();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Fiber use:"+(end-start)+" ms");
}直接運行，報了一個警告：
QUASAR WARNING: Quasar Java Agent isn't running. If you're using another instrumentation method you can ignore this message; otherwise, please refer to the Getting Started section in the Quasar documentation.
還記得我們前面說過的Quasar生效的原理是基于Java instrument技術(shù)嗎，所以這里需要給它添加一個代理Agent。找到本地maven倉庫中已經(jīng)下好的jar包，在VM options中添加參數(shù)：
-javaagent:E:\Apache\maven-repository\co\paralleluniverse\quasar-core\0.7.10\quasar-core-0.7.10.jar
這次運行時就沒有提示警告了，查看一下運行時間：
運行時間只有使用線程池時的一半多一點，確實能大大縮短程序的效率。
2、內(nèi)存占用
在測試完運行時間后，我們再來測試一下運行內(nèi)存占用的對比。通過下面代碼嘗試在本地啟動100萬個線程：
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(100000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}本來以為會報OutOfMemoryError，但是沒想到的是我的電腦直接直接卡死了…而且不是一次，試了幾次都是以卡死只能重啟電腦而結(jié)束。好吧，我選擇放棄，那么下面再試試啟動100萬個Fiber協(xié)程。
public static void main(String[] args) throws Exception {
CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(10000);
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
int finalI = i;
new Fiber<>((SuspendableCallable)()->{
Fiber.sleep(100000);
countDownLatch.countDown();
return finalI;
}).start();
}
countDownLatch.await();
System.out.println("end");
} 程序能夠正常執(zhí)行結(jié)束，看樣子使用的內(nèi)存真的比線程少很多。上面我故意使每個協(xié)程結(jié)束的時間拖得很長，這樣我們就可以在運行過程中使用Java VisualVM查看內(nèi)存的占用情況了：
可以看到在使用Fiber的情況下只使用了1G多一點的內(nèi)存，平均到100萬個協(xié)程上也就是說每個Fiber只占用了1Kb左右的內(nèi)存空間，和Thread線程比起來真的是非常的輕量級。
從上面這張圖中我們也可以看到，運行了非常多的ForkJoinPool，它們又起到了什么作用呢?我們在前面說過，協(xié)程是由程序控制在用戶態(tài)進行切換，而Quasar中的調(diào)度器就使用了一個或多個ForkJoinPool來完成對Fiber的調(diào)度。
3、原理與應(yīng)用
這里簡單介紹一下Quasar的原理，在編譯時框架會對代碼進行掃描，如果方法帶有@Suspendable注解，或拋出了SuspendExecution，或在配置文件META-INF/suspendables中指定該方法，那么Quasar就會修改生成的字節(jié)碼，在park掛起方法的前后，插入一些字節(jié)碼。
這些字節(jié)碼會記錄此時協(xié)程的執(zhí)行狀態(tài)，例如相關(guān)的局部變量與操作數(shù)棧，然后通過拋出異常的方式將cpu的控制權(quán)從當前協(xié)程交回到控制器，此時控制器可以再調(diào)度另外一個協(xié)程運行，并通過之前插入的那些字節(jié)碼恢復(fù)當前協(xié)程的執(zhí)行狀態(tài)，使程序能繼續(xù)正常執(zhí)行。
回頭看一下前面例子中的SuspendableRunnable和SuspendableCallable，它們的run方法上都拋出了SuspendExecution，其實這并不是一個真正的異常，僅作為識別掛起方法的聲明，在實際運行中不會拋出。當我們創(chuàng)建了一個Fiber，并在其中調(diào)用了其他方法時，如果想要Quasar的調(diào)度器能夠介入，那么必須在使用時層層拋出這個異?；蛱砑幼⒔?。
看一下簡單的代碼書寫的示例：
public void request(){
new Fiber<>(new SuspendableRunnable() {
@Override
public void run() throws SuspendExecution, InterruptedException {
String content = sendRequest();
System.out.println(content);
}
}).start();
}
private String sendRequest() throws SuspendExecution {
return realSendRequest();
}
private String realSendRequest() throws SuspendExecution{
HttpResponse response = HttpRequest.get("http://127.0.0.1:6879/name").execute();
String content = response.body();
return content;
}需要注意的是，如果在方法內(nèi)部已經(jīng)通過try/catch的方式捕獲了Exception，也應(yīng)該再次手動拋出這個SuspendExecution異常。
總結(jié)
本文介紹了Quasar框架的簡單使用，其具體的實現(xiàn)原理比較復(fù)雜，暫時就不在這里進行討論，后面打算單獨拎出來進行分析。另外，目前已經(jīng)有不少其他的框架中已經(jīng)集成了Quasar，例如同樣是Parallel Universe下的Comsat項目，能夠提供了HTTP和DB訪問等功能。
雖然現(xiàn)在想要在Java中使用協(xié)程還只能使用這樣的第三方的框架，但是也不必灰心，在OpenJDK 16中已經(jīng)加入了一個名為Project Loom的項目， 在OpenJDK Wiki上可以看到對它的介紹，它將使用Fiber輕量級用戶模式線程，從jvm層面對多線程技術(shù)進行徹底的改變，使用新的編程模型，使輕量級線程的并發(fā)也能夠適用于高吞吐量的業(yè)務(wù)場景。
網(wǎng)頁名稱：Java不支持協(xié)程？那是你不知道Quasar！
當前網(wǎng)址：http://www.5511xx.com/article/dhpojcg.html
