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 10000
Thread 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 10000
Thread 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 1
t1.start();
// 启动线程 2
t2.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>() {
@Override
protected 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() {
@Override
public 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