博客
关于我
强烈建议你试试无所不能的chatGPT,快点击我
Java并发编程学习——基础构建模块
阅读量:4046 次
发布时间:2019-05-24

本文共 8310 字,大约阅读时间需要 27 分钟。

一、同步容器类

同步容器类包括:

* Vector和Hashtable
* Collections.synchronizedXxx等工厂方法创建的。

特点是对每一个共有方法都进行同步。

1.同步容器类的问题

一般情况下是线程安全的,但是在某些情况下需要客户端加锁才能保证线程安全,比如“若没有就添加”。

同步容器使用自身的锁保护它的每一个方法,因此在扩展的时候,为了保证原子性,只需要对同步容器加锁即可。

在使用客户端加锁的Vector上的符合操作
public static Object getLast(Vector list) {    synchronized (list) {        int lastIndex = list.size() - 1;        return list.get(lastIndex);    }}public static void deleteLast(Vector list) {    synchronized (list) {        int lastIndex = list.size() - 1;        list.remove(lastIndex);    }}

2.迭代器与ConcurrentModificationException

无论直接迭代还是直接for-each语法,jvm都会按照迭代器处理。如果迭代器在迭代期间出现并发修改,则会抛出ConcurrentModificationException异常。

解决的方法:

  • 对容器加锁
    • 缺点:长时间加锁极大降低吞吐量
  • 克隆容器上面迭代
    • 缺点:克隆容器也会有较大的开销

3.隐藏迭代器

隐藏在字符串连接中的迭代操作
public class HiddenIterator {    @GuardedBy("this") private final Set
set = new HashSet
(); public synchronized void add(Integer i) { set.add(i); } public synchronized void remove(Integer i) { set.remove(i); } public void addTenThings() { Random r = new Random(); for (int i = 0; i < 10; i++) add(r.nextInt()); System.out.println("DEBUG: added ten elements to " + set);//这里可能会抛出ConcurrentModificationException异常 }}

容器的操作:

  • toString
  • hashCode
  • equals
  • containsAll
  • removeAll
  • retailAll

都会引起隐藏的Iterator操作,在并发环境中使用的时候一定要特别小心。

二、并发容器

1.ConcurrentHashMap

与HashMap一样,两者都是AbstractMap的直接子类,都是基于Hash的Map。

不同于HashMap的是,ConcurrentHashMap使用一种粒度更细的加锁机制,这种机制叫做分段锁,任意数量的读线程可以并发读,一定数量的写线程可以并发写,提供的迭代器不会抛出ConcurrentModificationException

值得注意的是,为了支持更高的并发性,ConcurrentHashMap的size和isEmpty返回的结果只是一个估计值,是不精确的。

虽然ConcurrentHashMap不能通过客户端加锁创建新的原子操作。但是提供了一些常见的复合操作,例如“若没有则添加”,“若想等则移除”,“若想等则替换”等。

2.CopyOnWriteArrayList

用于替代List,某些时候表现出更好的并发性能。只要正确发布一个事实不可变的对象,在访问该对象的时候就不需要进一步的同步。

当修改时会创建并重新创建一个容器的副本,而写入时复制容器的迭代器保留一个指向原来数组的引用,这样就可以避免修改对迭代的影响。迭代器返回的元素与迭代器创建的时候的元素完全一致。

由于每次修改都要复制数组,因此这部分的性能消耗需要权衡。

3.阻塞队列

阻塞队列常常用于生产者消费者模式,提供了两类修改方法,阻塞方法和非阻塞方法。

阻塞方法包括put和take。put方法会阻塞到有空间可用;take会阻塞到有元素可用。

非阻塞方法包括offer和poll,offer插入成功返回true,poll获取成功返回true。二者都有一个重写方法,加入超时机制,限时阻塞。

阻塞队列的方法中提供了足够的内部同步机制,因此在使用的时候不需要额外的同步。

BlockingQueue的实现

LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue,二者分别于LinkedList和ArrayList类似,但是有更好的并发性能。

PriorityBlockingQueue是一个优先级队列。

SynchronousQueue

双端队列与工作密取

Deque和BlockingDeque,可以在首尾两端进行插入删除操作。

工作密取 生产者消费者中所有消费者公用一个队列,而工作密取中每一个消费者都有一个队列,一个消费者每次从自己队列的头部获取工作,当完成自己队列中的所有工作之后,从其他消费者队列的尾部秘密获取工作。

三、阻塞方法与中断方法

一般来说,中断就是取消某个操作。库函数中需要正确的响应InterruptedException异常中断,对于InterruptedException不能捕获了但不作出任何响应。响应中断有两种选择:

  • 传递InterruptedException。将InterruptedException传递给方法的调用者。
    • 可以根本不捕获;
    • 可以捕获之后执行简单的清理再次抛出异常。
  • 恢复中断。有时候不能抛出中断,例如代码是Runnable的一部分。这个时侯需要在捕获这个异常之后使用Thread.interrupt恢复中断。

以上可以应付大多数情况。

四、同步工具类

除了阻塞队列以外,常用的同步工具类有:

  • 闭锁(Latch和FutureTask)
  • 信号量(Semaphore)
  • 栅栏(Barrier)

1.闭锁

Latch

Latch包括一个计数器,该计数器初始化为一个整数,countDown方法递减计数器,await方法等待计数器为0。

使用CountDownLatch启动和停止线程
public class TestHarness {
public long timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException { final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1); final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads); for (int i = 0; i < nThreads; i++) { Thread t = new Thread() { public void run() { try { startGate.await(); try { task.run(); } finally { endGate.countDown(); } } catch (InterruptedException ignored) { } } }; t.start(); } long start = System.nanoTime(); startGate.countDown(); endGate.await(); long end = System.nanoTime(); return end - start; }}

通过startGate保证同时启动多个线程,endGate时主线程等所有线程执行完。

FutureTask

FutureTask也可以用作闭锁。

如果任务已经完成,那么get会立即返回,反之就会将阻塞知道任务进入完成状态,然后返回结果或者抛出异常

public class Preloader {
ProductInfo loadProductInfo() throws DataLoadException { return null; } private final FutureTask
future = new FutureTask
(new Callable
() { public ProductInfo call() throws DataLoadException { return loadProductInfo(); } }); private final Thread thread = new Thread(future); public void start() { thread.start(); } public ProductInfo get() throws DataLoadException, InterruptedException { try { return future.get(); } catch (ExecutionException e) { Throwable cause = e.getCause(); if (cause instanceof DataLoadException) throw (DataLoadException) cause; else throw LaunderThrowable.launderThrowable(cause); } }}

2.信号量

信号量用于控制同时访问某个特定资源的操作数量或者同时执行某个指定操作的数量。Semaphore中管理着若干虚拟的许可,acquire阻塞直到获得许可,release方法归还许可给Semaphore。使用中可以用来构造有界缓冲池(一种更好的方法是BlockingQueue)。

public class BoundedHashSet 
{ private final Set
set; private final Semaphore sem; public BoundedHashSet(int bound) { this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet
()); sem = new Semaphore(bound); } public boolean add(T o) throws InterruptedException { sem.acquire(); boolean wasAdded = false; try { wasAdded = set.add(o); return wasAdded; } finally { if (!wasAdded) sem.release(); } } public boolean remove(Object o) { boolean wasRemoved = set.remove(o); if (wasRemoved) sem.release(); return wasRemoved; }}

3)栅栏

与闭锁类似,但闭锁是一次性的。栅栏与闭锁的关键区别在于:闭锁的所有线程必须同时到达栅栏位置才能继续执行。

使用CyclicBarrier协调细胞自动衍生系统的计算
public class CellularAutomata {
private final Board mainBoard; private final CyclicBarrier barrier; private final Worker[] workers; public CellularAutomata(Board board) { this.mainBoard = board; int count = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); this.barrier = new CyclicBarrier(count, new Runnable() { public void run() { mainBoard.commitNewValues();//会在最后一个到达的线程中执行 }}); this.workers = new Worker[count]; for (int i = 0; i < count; i++) workers[i] = new Worker(mainBoard.getSubBoard(count, i)); } private class Worker implements Runnable {
private final Board board; public Worker(Board board) { this.board = board; } public void run() { while (!board.hasConverged()) { for (int x = 0; x < board.getMaxX(); x++) for (int y = 0; y < board.getMaxY(); y++) board.setNewValue(x, y, computeValue(x, y)); try { barrier.await(); } catch (InterruptedException ex) { return; } catch (BrokenBarrierException ex) { return; } } } private int computeValue(int x, int y) { // Compute the new value that goes in (x,y) return 0; } } public void start() { for (int i = 0; i < workers.length; i++) new Thread(workers[i]).start(); mainBoard.waitForConvergence(); } ...}

五、构建高效可伸缩的结果缓存

一步步构造缓存

  • 使用直接使用Synchronized HashMap
    • 不足 性能太低
  • 使用ConcurrentHashMap代替HashMap
    • 不足 如果某个线程启动了一个开销很大的计算,其他线程不知道计算正在进行,很可能会重复计算
  • 缓存的内容换成FutureTask,这样如果有相同的计算正在进行,不会重新计算而是等待计算结束直接获取结果
    • 不足 在写入缓存的时候需要同步机制
  • 利用ConcurrentMap的putIfAbsent

代码示例

public class Memoizer 
implements Computable
{
private final ConcurrentMap
> cache = new ConcurrentHashMap
>(); private final Computable
c; public Memoizer(Computable
c) { this.c = c; } public V compute(final A arg) throws InterruptedException { while (true) { Future
f = cache.get(arg); if (f == null) { Callable
eval = new Callable
() { public V call() throws InterruptedException { return c.compute(arg); } }; FutureTask
ft = new FutureTask
(eval); f = cache.putIfAbsent(arg, ft); if (f == null) { f = ft; ft.run(); } } try { return f.get(); } catch (CancellationException e) { cache.remove(arg, f); } catch (ExecutionException e) { throw LaunderThrowable.launderThrowable(e.getCause()); } } }}

转载地址:http://rywci.baihongyu.com/

你可能感兴趣的文章
AS3 Flex基础知识100条
查看>>
Flex动态获取flash资源库文件
查看>>
flex4 中创建自定义弹出窗口
查看>>
01Java基础语法-16. while循环结构
查看>>
01Java基础语法-18. 各种循环语句的区别和应用场景
查看>>
01Java基础语法-19. 循环跳转控制语句
查看>>
Django框架全面讲解 -- Form
查看>>
socket,accept函数解析
查看>>
今日互联网关注(写在清明节后):每天都有值得关注的大变化
查看>>
”舍得“大法:把自己的优点当缺点倒出去
查看>>
[今日关注]鼓吹“互联网泡沫,到底为了什么”
查看>>
[互联网学习]如何提高网站的GooglePR值
查看>>
[关注大学生]求职不可不知——怎样的大学生不受欢迎
查看>>
[关注大学生]读“贫困大学生的自白”
查看>>
[互联网关注]李开复教大学生回答如何学好编程
查看>>
[关注大学生]李开复给中国计算机系大学生的7点建议
查看>>
[关注大学生]大学毕业生择业:是当"鸡头"还是"凤尾"?
查看>>
[茶余饭后]10大毕业生必听得歌曲
查看>>
gdb调试命令的三种调试方式和简单命令介绍
查看>>
C++程序员的几种境界
查看>>