Java微服务架构师—并发编程基础(上)

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  • 都是由JDK的Collections.synchronized***等工厂方法去创建实现的

  • 使用synchronized关键字对每个公用的方法都进行同步

  • 使用Object mutex对象锁使得每次只能有一个线程访问容器的状态

  • 问题

  • 还可能出现(并发修改异常)

  • 并发处理性能差

  • 并发场景下,严重降低吞吐量

  • 锁竞争

并发类容器(异步)jdk1.5开始

  • ConcurrentHashMap

  • 基本使用

  • size()

  • 消除伪共享(缓存行)

  • 分之思想

  • volatile long value

  • 基本原理

  • 内部结构使用段(Segment)来表示不同的部分,每一段其实就是一个小的HashTable升级版,它们有自己的锁,降低了锁的粒度

  • 只要多个修改操作发生在不同的段上,就可以并发进行,默认16段,所以最高支持16个线程的并发修改操作

  • 减小锁的粒度达到降低锁竞争的方式,并且代码中大多共享变量采用volatile关键字声明,目的是第一时间获取修改的内容,性能非常好。

  • CopyOnWrite

  • 基本使用

  • jdk中常用的

  • CopyOnWriteArrayList

  • ConyOnWriteArraySet

  • 最佳使用场景

  • 读多写少,元素不能太多

  • 基本原理

  • 往一个容器添加元素时,不直接往当前的容器添加,而是将当前容器进行Copy,复制出一个新容器,然后新容器里添加元素,添加完元素之后,再将原容器的引用指向新的容器。

  • 采用读写分离的思想,读和写不同的容器,实现对CopyOnWrite容器进行并发的读,而不需要加锁,因为当前这个容器不会添加任何的元素。

  • ConcurrentSkipListMap

  • 支持并发排序

队列

  • (顶层接口Queue)

  • 并发队列(ConcurrentLinkedQueue)

  • 适应高并发场景的队列,通过无锁的方式,实现高并发状态下的高性能,通常性能好于BlockingQueue,是一个基于链表的无界线程安全队列

  • 该队列遵循先进先出原则,头是最先加入,尾是最后加入,该队列不允许null元素。

  • 基本使用

  • add()和offer()都是添加元素方法,在这里这两个方法没有任何区别

  • poll()和peek()都是取头元素节点,区别在于前者是会删除元素,后者不会

  • 阻塞队列(BlockingQueue)

  • 基本使用

  • offer(anObject) 将anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳则返回true,否则返回false (不会阻塞线程)

  • offer(E e, long timeout ,TimeUint uint ) 设置等待时间,如果指定时间内,还不能往队列加入则返回失败。

  • put() 把anObject加入BlockingQueue里,如果BlockingQueue没有空间,调用此方法的线程会被阻塞直到队列里有空间为止。

  • poll(long timeout,TimeUint uint) 从队列里取出一个队首元素,如果在指定时间内,队列一旦有元素可取,则立即返回队列中的元素,否则直到时间超时还没有元素可取,返回失败。

  • take()取出BlockiQueue里排在队首的元素,若队列为空,阻塞进入等待状态直到队列有新的元素被加入。

  • drainTo() 一次性从队列获取所有可用的元素(还可以指定获取的个数),通过该方法,可以提高获取元素的效率,不需要多次分批加锁或释放锁。

  • 常用实现

  • 基于数组的阻塞队列实现ArrayBlockingQueue

  • 内部维护一个定长数组,缓存队列中的数据元素,其内部没有实现读写分离,也就意味着生产和消费不能完全并行。长度需要定义,可以指定先进先出或者先进后出,由于是定长所以也叫有界队列。

  • 子主题 2

  • LinkedBlockingDeque

  • PriorityBlockingQueue

  • 基于优先级的阻塞队列,出队列是依据优先级

  • 优先级的判断是通过构造函数传入的Compator对象来决定,也就是说传入的队列的元素必须实现Comparable接口,在实现PriorityBlockingQueue时,内部控制线程同步的锁采用的是公平锁,也一个无界队列。

  • 元素不能为基本类型

  • SynchronousQueue

  • 一种没有缓冲的阻塞队列

  • 生产者生产的数据直接会被消费者获取并消费

  • DelayQueue

  • 带有延迟时间的队列

  • 其中的元素只有指定延迟时间到了,才能够从队列中获取到该元素,DelayQueue的元素必须实现Delayed接口,该队列是一个无界队列,应用场景:对缓存超时的数据进行移除,任务超时处理,空闲链接超时关闭等。

  • 阻塞队列手写模拟

  • 拥有固定长度的装载元素的容器

  • 计数器统计容器的容量大小

  • 当队列里面没有元素的时候需要执行线程等待

  • 当队列元素已满的时候执行的线程也需要等待

  • 合理的线程间通信

  • 常见锁

  • 同步锁

  • Lock

  • LockSupport

  • 子主题 2

JUC

  • AQS

  • CAS

  • 分类

分布式中间件


缓存组件Redis

微服务架构


Spring Boot

高并发架构