多线程篇(并发相关类- 原子操作类)(持续更新迭代)

2024-09-07 15:28

本文主要是介绍多线程篇(并发相关类- 原子操作类)(持续更新迭代),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

前言

一、原子变量操作类(AtomicLong为例)

1. 前言

2. 实例

二、JDK 8新增的原子操作类LongAdder

三、LongAccumulator类原理探究


前言

JUC包提供了一系列的原子性操作类,这些类都是使用非阻塞算法CAS实现的,相比使用锁实现原子性操作这在性能上有很大提高。

由于原子性操作类的原理都大致相同,这里讲解最简单的AtomicLong类的实现原理以及JDK 8中新增的LongAdder和LongAccumulator

类的原理。有了这些基础,再去理解其他原子性操作类的实现就不会感到困难了。

一、原子变量操作类(AtomicLong为例)

1. 前言

JUC 并发包中包含有 AtomicInteger、AtomicLong 和 AtomicBoolean 等原子性操作类它们的原理类似,我们主要讲解 AtomicLong

类。

AtomicLong 是原子性递增或者递减类,其内部使用 Unsafe 来实现。

通过Unsafe.getUnsafe()方法获取到 Unsafe 类的实例,这里你可能会有疑问,为何能通过 Unsafe.getUnsafe()方法获取到 Unsafe 类的

实例?

其实这是因为 AtomicLong类也是在 rt.jar 包下面的,AtomicLong 类就是通过 BootStarp 类加载器进行加载的。

在没有原子类的情况下,实现计数器需要使用一定的同步措施,比如使用 synchronized 关键字等,但是这些都是阻塞算法,对性能有

一定损耗,而原子操作类都使用 CAS 非阻塞算法,性能更好。

但是在高并发情况下AtomicLong 还会存在性能问题。

JDK 8 提供了一个在高并发下性能更好的 LongAdder 类。

2. 实例

AtomicLong是原子性递增或者递减类,其内部使用Unsafe来实现,我们看下面的代码:

  • 代码(1)通过Unsafe.getUnsafe()方法获取到Unsafe类的实例,这里你可能会有疑问,为何能通过Unsafe.getUnsafe()方法获取到Unsafe类的实例?其实这是因为AtomicLong类也是在rt.jar包下面的,AtomicLong类就是通过BootStarp类加载器进行加载的。
  • 代码(5)中的value被声明为volatile的,这是为了在多线程下保证内存可见性,value是具体存放计数的变量。
  • 代码(2)(4)获取value变量在AtomicLong类中的偏移量。

下面重点看下AtomicLong中的主要函数:

递增和递减操作代码:

在如上代码内部都是通过调用Unsafe的getAndAddLong方法来实现操作,这个函数是个原子性操作,这里第一个参数是AtomicLong实

例的引用,第二个参数是value变量在AtomicLong中的偏移值,第三个参数是要设置的第二个变量的值。

boolean compareAndSet(long expect, long update)方法:

在内部调用了unsafe.compareAndSwapLong方法。

如果原子变量中的value值等于expect,则使用update值更新该值并返回true,否则返回false。

示例代码:多线程使用AtomicLong统计0的个数。

public class Atomic {// (10) 创建Long型原子计数器private static final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();// (11) 创建数据源private static final Integer[] arrayOne = new Integer[]{0, 1, 2, 3, 0, 5, 6, 0, 56, 0};private static final Integer[] arrayTwo = new Integer[]{10, 1, 2, 3, 0, 5, 6, 0, 56, 0};public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//(12)线程one统计数组arrayOne中0的个数Thread threadOne = new Thread(() -> {int size = arrayOne.length;for (Integer integer : arrayOne) {if (integer == 0) {atomicLong.incrementAndGet();}}});//(13)线程two统计数组arrayTwo中0的个数Thread threadTwo = new Thread(() -> {int size = arrayTwo.length;for (Integer integer : arrayTwo) {if (integer == 0) {atomicLong.incrementAndGet();}}});// (14) 启动子线程threadOne.start();threadTwo.start();// (15) 等待线程执行完毕threadOne.join();threadTwo.join();System.out.println("arrayOne & arrayTwo 0 的个数是: " + atomicLong.get());}
}

运行结果:

如上代码中的两个线程各自统计自己所持数据中0的个数,每当找到一个0就会调用AtomicLong的原子性递增方法。

在没有原子类的情况下,实现计数器需要使用一定的同步措施,比如使用synchronized关键字等,但是这些都是阻塞算法,对性能有一定

损耗,而本章介绍的这些原子操作类都使用CAS非阻塞算法,性能更好。

但是在高并发情况下AtomicLong还会存在性能问题。

JDK 8提供了一个在高并发下性能更好的LongAdder类,下面我们来讲解这个类。

二、JDK 8新增的原子操作类LongAdder

AtomicLong通过CAS提供了非阻塞的原子性操作,相比使用阻塞算法的同步器来说它的性能已经很好了,但是JDK开发组并不满足于此。

使用AtomicLong时,在高并发下大量线程会同时去竞争更新同一个原子变量,但是由于同时只有一个线程的CAS操作会成功,这就造成

了大量线程竞争失败后,会通过无限循环不断进行自旋尝试CAS的操作,而这会白白浪费CPU资源。

因此JDK 8新增了一个原子性递增或者递减类LongAdder用来克服在高并发下使用AtomicLong的缺点。既然AtomicLong的性能瓶颈是由

于过多线程同时去竞争一个变量的更新而产生的,那么如果把一个变量分解为多个变量,让同样多的线程去竞争多个资源,是不是就解决

了性能问题?是的,LongAdder就是这个思路。下面通过图来理解两者设计的不同之处,如图所示。

使用LongAdder时,则是在内部维护多个Cell变量,每个Cell里面有一个初始值为0的long型变量,这样,在同等并发量的情况下,争夺单

个变量更新操作的线程量会减少,这变相地减少了争夺共享资源的并发量。另外,多个线程在争夺同一个Cell原子变量时如果失败了,它

并不是在当前Cell变量上一直自旋CAS重试,而是尝试在其他Cell的变量上进行CAS尝试,这个改变增加了当前线程重试CAS成功的可能

性。最后,在获取LongAdder当前值时,是把所有Cell变量的value值累加后再加上base返回的。

该类通过内部cells数组分担了高并发下多线程同时对一个原子变量进行更新时的竞争量,让多个线程可以同时对cells数组里面的元素进行

并行的更新操作。

另外,数组元素Cell使用@sun.misc.Contended注解进行修饰,这避免了cells数组内多个原子变量被放入同一个缓存行,也就是避免了

伪共享,这对性能也是一个提升。

三、LongAccumulator类原理探究

LongAdder类是LongAccumulator的一个特例,LongAccumulator比LongAdder的功能更强大。

例如下面的构造函数,其中accumulatorFunction是一个双目运算器接口,其根据输入的两个参数返回一个计算值,

identity则是LongAccumulator累加器的初始值。

上面提到,LongAdder其实是LongAccumulator的一个特例,调用LongAdder就相当于使用下面的方式调用LongAccumulator:

LongAccumulator相比于LongAdder,可以为累加器提供非0的初始值,后者只能提供默认的0值。另外,前者还可以指定累加规则,

比如不进行累加而进行相乘,只需要在构造LongAccumulator时传入自定义的双目运算器即可,后者则内置累加的规则。

这篇关于多线程篇(并发相关类- 原子操作类)(持续更新迭代)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1145434

相关文章

Java并发编程必备之Synchronized关键字深入解析

《Java并发编程必备之Synchronized关键字深入解析》本文我们深入探索了Java中的Synchronized关键字,包括其互斥性和可重入性的特性,文章详细介绍了Synchronized的三种... 目录一、前言二、Synchronized关键字2.1 Synchronized的特性1. 互斥2.

Mysql表的简单操作(基本技能)

《Mysql表的简单操作(基本技能)》在数据库中,表的操作主要包括表的创建、查看、修改、删除等,了解如何操作这些表是数据库管理和开发的基本技能,本文给大家介绍Mysql表的简单操作,感兴趣的朋友一起看... 目录3.1 创建表 3.2 查看表结构3.3 修改表3.4 实践案例:修改表在数据库中,表的操作主要

C# WinForms存储过程操作数据库的实例讲解

《C#WinForms存储过程操作数据库的实例讲解》:本文主要介绍C#WinForms存储过程操作数据库的实例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录一、存储过程基础二、C# 调用流程1. 数据库连接配置2. 执行存储过程(增删改)3. 查询数据三、事务处

Java使用Curator进行ZooKeeper操作的详细教程

《Java使用Curator进行ZooKeeper操作的详细教程》ApacheCurator是一个基于ZooKeeper的Java客户端库,它极大地简化了使用ZooKeeper的开发工作,在分布式系统... 目录1、简述2、核心功能2.1 CuratorFramework2.2 Recipes3、示例实践3

Java利用JSONPath操作JSON数据的技术指南

《Java利用JSONPath操作JSON数据的技术指南》JSONPath是一种强大的工具,用于查询和操作JSON数据,类似于SQL的语法,它为处理复杂的JSON数据结构提供了简单且高效... 目录1、简述2、什么是 jsONPath?3、Java 示例3.1 基本查询3.2 过滤查询3.3 递归搜索3.4

MySQL新增字段后Java实体未更新的潜在问题与解决方案

《MySQL新增字段后Java实体未更新的潜在问题与解决方案》在Java+MySQL的开发中,我们通常使用ORM框架来映射数据库表与Java对象,但有时候,数据库表结构变更(如新增字段)后,开发人员可... 目录引言1. 问题背景:数据库与 Java 实体不同步1.1 常见场景1.2 示例代码2. 不同操作

JavaScript Array.from及其相关用法详解(示例演示)

《JavaScriptArray.from及其相关用法详解(示例演示)》Array.from方法是ES6引入的一个静态方法,用于从类数组对象或可迭代对象创建一个新的数组实例,本文将详细介绍Array... 目录一、Array.from 方法概述1. 方法介绍2. 示例演示二、结合实际场景的使用1. 初始化二

Python使用DrissionPage中ChromiumPage进行自动化网页操作

《Python使用DrissionPage中ChromiumPage进行自动化网页操作》DrissionPage作为一款轻量级且功能强大的浏览器自动化库,为开发者提供了丰富的功能支持,本文将使用Dri... 目录前言一、ChromiumPage基础操作1.初始化Drission 和 ChromiumPage

利用Go语言开发文件操作工具轻松处理所有文件

《利用Go语言开发文件操作工具轻松处理所有文件》在后端开发中,文件操作是一个非常常见但又容易出错的场景,本文小编要向大家介绍一个强大的Go语言文件操作工具库,它能帮你轻松处理各种文件操作场景... 目录为什么需要这个工具?核心功能详解1. 文件/目录存javascript在性检查2. 批量创建目录3. 文件

Python异步编程中asyncio.gather的并发控制详解

《Python异步编程中asyncio.gather的并发控制详解》在Python异步编程生态中,asyncio.gather是并发任务调度的核心工具,本文将通过实际场景和代码示例,展示如何结合信号量... 目录一、asyncio.gather的原始行为解析二、信号量控制法:给并发装上"节流阀"三、进阶控制