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問題的工具類
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 實現的。
- CPU 為了解決并發問題,提供了 CAS 指令,全稱 Compare And Swap,即比較并交互
- CAS 指令需要 3 個參數,變量、比較值、新值。當變量的當前值與比較值相等時,才把變量更新為新值
- CAS 是一條 CPU 指令,由 CPU 硬件級別上保證原子性
- java.util.concurrent.atomic 包中的原子分為:原子性基本數據類型、原子性對象引用類型、原子性數組、原子性對象屬性更新器和原子性累加器
原子性基本數據類型:AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong
原子性對象引用類型:AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference
原子性數組:AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
原子性對象屬性更新:AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater
原子性累加器:DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator、LongAdder
修改我們之前測試原子性問題的類,使用 AtomicInteger 的簡單例子
package constxiong.concurrency.a026; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; /** * 測試 原子類 AtomicInteger * * @author ConstXiong */ public class TestAtomicInteger { // 計數變量 static volatile AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 線程 1 給 count 加 10000 Thread t1 = new Thread(() -> { for (int j = 0; j <10000; j++) { count.incrementAndGet(); } System.out.println("thread t1 count 加 10000 結束"); }); // 線程 2 給 count 加 10000 Thread t2 = new Thread(() -> { for (int j = 0; j <10000; j++) { count.incrementAndGet(); } System.out.println("thread t2 count 加 10000 結束"); }); // 啟動線程 1 t1.start(); // 啟動線程 2 t2.start(); // 等待線程 1 執行完成 t1.join(); // 等待線程 2 執行完成 t2.join(); // 打印 count 變量 System.out.println(count.get()); } }
打印結果如預期
thread t2 count 加 10000 結束 thread t1 count 加 10000 結束 20000
![Java中有哪些無鎖技術來解決并發問題?如何使用?](http://www.isolves.com/d/file/p/2019/12-05/eda2c7281e42cdc6ffe5be870f5427c3.jpg)
二、線程本地存儲
- java.lang.ThreadLocal 類用于線程本地化存儲。
- 線程本地化存儲,就是為每一個線程創建一個變量,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 在處理數據庫事務問題的時候,就用了 ThreadLocal 為每個線程存儲了各自的數據庫連接 Connection。
- 使用 ThreadLocal 要注意,在不使用該變量的時候,一定要調用 remove() 方法移除變量,否則可能造成內存泄漏的問題。
示例
package constxiong.concurrency.a026; /** * 測試 原子類 AtomicInteger * * @author ConstXiong */ public class TestThreadLocal { // 線程本地存儲變量 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++) {// 啟動三個線程 Thread t = new Thread() { @Override public void run() { add10ByThreadLocal(); } }; t.start(); } } /** * 線程本地存儲變量加 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();// 將變量移除 } } }
每個線程最后一個值都打印到了 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
![Java中有哪些無鎖技術來解決并發問題?如何使用?](http://www.isolves.com/d/file/p/2019/12-05/9f1c65c9e6e2b24e38de7420e859f69c.jpg)
三、copy-on-write
- 根據英文名稱可以看出,需要寫時復制,體現的是一種延時策略。
- Java 中的 copy-on-write 容器包括:CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet。
- 涉及到數組的全量復制,所以也比較耗內存,在寫少的情況下使用比較適合。
簡單的 CopyOnWriteArrayList 的示例,這里只是說明 CopyOnWriteArrayList 怎么用,并且是線程安全的。這個場景并不適合使用 CopyOnWriteArrayList,因為寫多讀少。
package constxiong.concurrency.a026; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Random; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; /** * 測試 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>(); //啟動 1000 個線程,向 cowList 添加 5 個隨機整數 for (int i = 0; i <1000; i++) { Thread t = new Thread(() -> { for (int j = 0; j <5; j++) { //休眠 10 毫秒,讓線程同時向 cowList 添加整數,引出并發問題 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()); } }
打印結果
5000
如果把
private static CopyOnWriteArrayList<Integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();
改為
private static ArrayList<Integer> cowList = new ArrayList<Integer>();
打印結果就是小于 5000 的整數了