并发笔记(二)

并发容器

• ConcurrentHashMap:线程安全的HashMap，在高并发场景下比Collections.synchronizedMap性能好
• CopyOnWriteArrayList:读多写少的场合性能远好于Vector,写的时候加的重入锁，并且每次增加元素都会重新拷贝一个新数组替换老数组；读的时候不加锁；
• ConcurrentLinkedQueue:高效的并发队列使用链表实现
• BlockingQueue：阻塞队列接口，可作为数据共享通道
• ConcurrentSkipListMap：有序、安全、层级随机、空间换性能

锁优化

• 优化原则

  • 减小锁持有时间，
  • 减小锁粒度，尽量减小加锁的代码块
  • 读写分离锁替换独占锁
  • 锁分离，如(LinkedBlockingQueue put方法和take方法不同的锁)
  • 锁粗化，频繁获取锁的时候，可考虑进行锁粗化

• Java虚拟机对锁的优化

  • 锁偏向：如果一个线程获得了锁，那么锁进入偏向模式，如果该线程再次请求锁时，无需做任何同步操作，适合竞争不太激烈的场合，-XX:+UseBiasedLocking
  • 轻量级锁：将对象头部作为指针，指向持有锁的线程堆栈内部来判断一个线程是否持有锁，如果线程获得轻量级锁则进入临界区；否则锁膨胀
  • 自旋锁：锁膨胀后，为避免当前线程立即被挂起又获取锁之间的性能损耗，于是让当前线程做几个空循环（自旋），如果还能得到锁就进入临界区，否则挂起
  • 锁消除：在进行编译时通过逃逸分析技术可实现锁消除（不需加锁的地方被认为错误加锁，虚拟机可以将此类的锁进行消除）

• ThreadLocal

  • 线程的局部变量，线程安全
  • 使用ThreadLocalMap挂到Thread上存储数据，其初始容量为16，后续容量均以2的指数增长（其hash算法能保证容器大小为2的指数时均匀分布）；

• 无锁

  • CAS (Compare And Swap):cas(v, e, n) 原子操作，v标识要更新的变量,e表示预期值,n表示新值，仅当v=e时，才会将v设置为n，多个线程竞争时只有一个会成功；
  • 基于CAS的原子操作类：AtomicInteger AtomicLong ...
  • unsafe: 封装了类似指针的操作，提供了类似CAS的原子性操作
  • AtomicStampedRefrence 可记录对象修改状态信息
  • 无锁的数组：AtomicIntegerArray AtomicLongArrary
  • 普通变量进行原子操作的支持：AtomicIntegerFieldUpdater AtomicReferenceFieldUpdater,[1、变量必须可见 2、必须是volatile 3、不能使static变量]
  • SynchronousQueue

并行模式与算法

• 不变模式：对象一旦创建，其内部状态不再改变，如String 以及基本类型包装类；不变模式通过规避问题的态度来处理多线程的访问控制
• 生产者与消费者：
  
  • 普通实现：通过BlockingQueue来进行数据缓存以达到生产者和消费者解耦
  • 无锁实现：利用Disruptor框架来实现，核心在于其使用环形队列(RingBuffer)来代替普通线性队列；生产者写入数据时、消费者消费数据时使用CAS操作确保数据安全。
• Future模式：
  
• 并行搜索：如果有序则使用二分查找，否则将整体数组切分成若干段，然后单独线程基于小段进行搜索
• 并行排序：大多排序算法都是串行的，如果改为并行排序会增加算法复杂度
  
  • 奇偶交换排序：将奇偶交换进行并行
  • 并行希尔排序：根据希尔数值将分割成的小数组进行排序，然后重新计算希尔数值分割小数组，直到1为止；h>n的时候使用多线程；
• NIO ： 同步非阻塞
  
  • Channel 数据从channel读到buffer中，也可以将数据从buffer写到channel中
  • Buffer 用于与NIO通道的交互，一般分位4个步骤：
    
    • 写入数据到buffer
    • 调用flip()方法，从写模式切换到读模式
    • 从buffer中读取数据
    • 调用clear()或者compact()方法，清空缓存区等待再次写入
  • Selector 检测一到多个NIO通道，并能检测到通道是否为读写做好准备的组件;使用时，Channel应向Selector中进行注册(只接受非阻塞Channel)
• AIO ：异步非阻塞
  
  • 不会加快IO，只在读完后进行通知
  • 使用回调函数进行业务处理

参考资料《实战Java高并发程序设计》