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    xylz,imxylz

    關注后端架構、中間件、分布式和并發編程

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      111 隨筆 :: 10 文章 :: 2680 評論 :: 0 Trackbacks

    Java Concurrency

    Inside into Concurrency
    posted @ 2013-08-17 17:44 imxylz 閱讀(3851) | 評論 (3)  編輯

    posted @ 2013-08-05 16:45 imxylz 閱讀(29864) | 評論 (6)  編輯

    posted @ 2011-12-31 14:13 imxylz 閱讀(7455) | 評論 (5)  編輯

    posted @ 2011-12-30 17:25 imxylz 閱讀(6920) | 評論 (0)  編輯

         摘要: 線程池

    并發最常見用于線程池,顯然使用線程池可以有效的提高吞吐量。
    最常見、比較復雜一個場景是Web容器的線程池。Web容器使用線程池同步或者異步處理HTTP請求,同時這也可以有效的復用HTTP連接,降低資源申請的開銷。通常我們認為HTTP請求時非常昂貴的,并且也是比較耗費資源和性能的,所以線程池在這里就扮演了非常重要的角色。
    在線程池的章節中非常詳細的討論了線程池的原理和使用,同時也提到了,線程池的配置和參數對性能的影響是巨大的。不盡如此,受限于資源(機器的性能、網絡的帶寬等等)、依賴的服務,客戶端的響應速度等,線程池的威力也不會一直增長。達到了線程池的瓶頸后,性能和吞吐量都會大幅度降低。
    一直增加機器的性能或者增大線程的個數,并不一定能有效的提高吞吐量。高并發的情況下,機器的負載會大幅提升,這時候機器的穩定性、服務的可靠性都會下降。
    盡管如此,線程池依然是提高吞吐量的一個有效措施,配合合適的參數能夠有效的充分利用資源,提高資源的利用率。  閱讀全文
    posted @ 2011-12-29 16:31 imxylz 閱讀(8140) | 評論 (0)  編輯

         摘要: 死鎖與活躍度

    前面談了很多并發的特性和工具,但是大部分都是和鎖有關的。我們使用鎖來保證線程安全,但是這也會引起一些問題。
    鎖順序死鎖(lock-ordering deadlock):多個線程試圖通過不同的順序獲得多個相同的資源,則發生的循環鎖依賴現象。
    動態的鎖順序死鎖(Dynamic Lock Order Deadlocks):多個線程通過傳遞不同的鎖造成的鎖順序死鎖問題。
    資源死鎖(Resource Deadlocks):線程間相互等待對方持有的鎖,并且誰都不會釋放自己持有的鎖發生的死鎖。也就是說當現場持有和等待的目標成為資源,就有可能發生此死鎖。這和鎖順序死鎖不一樣的地方是,競爭的資源之間并沒有嚴格先后順序,僅僅是相互依賴而已。  閱讀全文
    posted @ 2011-12-29 14:04 imxylz 閱讀(8234) | 評論 (2)  編輯

    posted @ 2011-07-12 23:15 imxylz 閱讀(17403) | 評論 (3)  編輯

         摘要: 本節中將探討線程池是如何處理任務結果以及延遲、周期性任務調度是如何實現的。
    結合上節線程池的原理和實現,徹底分析了線程池對任務的結果處理,尤其是對延遲、周期性任務是如何執行的。
    這也是并發系列中源碼分析的最后一小節。  閱讀全文
    posted @ 2011-02-13 20:21 imxylz 閱讀(11284) | 評論 (6)  編輯

         摘要: 這一節中我們將詳細討論線程池是如何執行一個任務的,尤其是如何處理線程池的大小、核心大小、最大大小、任務隊列等之間的關系的。  閱讀全文
    posted @ 2011-02-11 23:48 imxylz 閱讀(11674) | 評論 (2)  編輯

         摘要: 我們根據線程池的要求也很能夠猜測出其數據結構出來。
    線程池需要支持多個線程并發執行,因此有一個線程集合Collection來執行線程任務;
    涉及任務的異步執行,因此需要有一個集合來緩存任務隊列Collection
    很顯然在多個線程之間協調多個任務,那么就需要一個線程安全的任務集合,同時還需要支持阻塞、超時操作,那么BlockingQueue是必不可少的;
    既然是線程池,出發點就是提高系統性能同時降低資源消耗,那么線程池的大小就有限制,因此需要有一個核心線程池大小(線程個數)和一個最大線程池大小(線程個數),有一個計數用來描述當前線程池大小;
    如果是有限的線程池大小,那么長時間不使用的線程資源就應該銷毀掉,這樣就需要一個線程空閑時間的計數來描述線程何時被銷毀;
    前面描述過線程池也是有生命周期的,因此需要有一個狀態來描述線程池當前的運行狀態;
    線程池的任務隊列如果有邊界,那么就需要有一個任務拒絕策略來處理過多的任務,同時在線程池的銷毀階段也需要有一個任務拒絕策略來處理新加入的任務;
    上面種  閱讀全文
    posted @ 2011-01-18 23:43 imxylz 閱讀(16089) | 評論 (6)  編輯

         摘要: 在JDK 5.0之前,java.util.Timer/TimerTask是唯一的內置任務調度方法,而且在很長一段時間里很熱衷于使用這種方式進行周期性任務調度。
    首先研究下Timer/TimerTask的特性(至于javax.swing.Timer就不再研究了)。
    上面三段代碼反映了Timer/TimerTask的以下特性:
    Timer對任務的調度是基于絕對時間的。
    所有的TimerTask只有一個線程TimerThread來執行,因此同一時刻只有一個TimerTask在執行。
    任何一個TimerTask的執行異常都會導致Timer終止所有任務。
    由于基于絕對時間并且是單線程執行,因此在多個任務調度時,長時間執行的任務被執行后有可能導致短時間任務快速在短時間內被執行多次或者干脆丟棄多個任務。  閱讀全文
    posted @ 2011-01-10 23:39 imxylz 閱讀(14461) | 評論 (32)  編輯

         摘要: 上一節中提到關閉線程池過程中需要對新提交的任務進行處理。這個是java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler處理的邏輯。

    在沒有分析線程池原理之前先來分析下為什么有任務拒絕的情況發生。
    這里先假設一個前提:線程池有一個任務隊列,用于緩存所有待處理的任務,正在處理的任務將從任務隊列中移除。因此在任務隊列長度有限的情況下就會出現新任務的拒絕處理問題,需要有一種策略來處理應該加入任務隊列卻因為隊列已滿無法加入的情況。另外在線程池關閉的時候也需要對任務加入隊列操作進行額外的協調處理。

    RejectedExecutionHandler提供了四種方式來處理任務拒絕策略。  閱讀全文
    posted @ 2011-01-08 22:47 imxylz 閱讀(9977) | 評論 (0)  編輯

         摘要:
    我們知道線程是有多種執行狀態的,同樣管理線程的線程池也有多種狀態。JVM會在所有線程(非后臺daemon線程)全部終止后才退出,為了節省資源和有效釋放資源關閉一個線程池就顯得很重要。有時候無法正確的關閉線程池,將會阻止JVM的結束。
    線程池Executor是異步的執行任務,因此任何時刻不能夠直接獲取提交的任務的狀態。這些任務有可能已經完成,也有可能正在執行或者還在排隊等待執行。因此關閉線程池可能出現一下幾種情況:
    平緩關閉:已經啟動的任務全部執行完畢,同時不再接受新的任務
    立即關閉:取消所有正在執行和未執行的任務
    另外關閉線程池后對于任務的狀態應該有相應的反饋信息。  閱讀全文
    posted @ 2011-01-04 22:54 imxylz 閱讀(12582) | 評論 (6)  編輯

         摘要: Java里面線程池的頂級接口是Executor,但是嚴格意義上講Executor并不是一個線程池,而只是一個執行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService。
    下面這張圖完整描述了線程池的類體系結構。  閱讀全文
    posted @ 2010-12-21 23:32 imxylz 閱讀(13778) | 評論 (4)  編輯

         摘要: 從這一節開始正式進入線程池的部分。其實整個體系已經拖了很長的時間,因此后面的章節會加快速度,甚至只是一個半成品或者簡單化,以后有時間的慢慢補充、完善。
    其實線程池是并發包里面很重要的一部分,在實際情況中也是使用很多的一個重要組件。
    下圖描述的是線程池API的一部分。廣義上的完整線程池可能還包括Thread/Runnable、Timer/TimerTask等部分。這里只介紹主要的和高級的API以及架構和原理。  閱讀全文
    posted @ 2010-12-19 13:24 imxylz 閱讀(11961) | 評論 (5)  編輯

         摘要: 本小節是《并發容器》的最后一部分,這一個小節描述的是針對List/Set接口的一個線程版本。
    在《并發隊列與Queue簡介》中介紹了并發容器的一個概括,主要描述的是Queue的實現。其中特別提到一點LinkedList是List/Queue的實現,但是LinkedList確實非線程安全的。不管BlockingQueue還是ConcurrentMap的實現,我們發現都是針對鏈表的實現,當然盡可能的使用CAS或者Lock的特性,同時都有通過鎖部分容器來提供并發的特性。而對于List或者Set而言,增、刪操作其實都是針對整個容器,因此每次操作都不可避免的需要鎖定整個容器空間,性能肯定會大打折扣。要實現一個線程安全的List/Set,只需要在修改操作的時候進行同步即可,比如使用java.util.Collections.synchronizedList(List)或者java.util.Collections.synchronizedSet(Set)。當然也可以使用Lock來實現線程安全的List/Set。
    通常情況下我們的高并發都發生在“多讀少寫”的情況,因此如果  閱讀全文
    posted @ 2010-11-23 22:22 imxylz 閱讀(14697) | 評論 (1)  編輯

         摘要: 可以在對中對元素進行配對和交換的線程的同步點。每個線程將條目上的某個方法呈現給 exchange 方法,與伙伴線程進行匹配,并且在返回時接收其伙伴的對象。Exchanger 可能被視為 SynchronousQueue 的雙向形式。
    換句話說Exchanger提供的是一個交換服務,允許原子性的交換兩個(多個)對象,但同時只有一對才會成功。先看一個簡單的實例模型。  閱讀全文
    posted @ 2010-11-22 22:31 imxylz 閱讀(7747) | 評論 (0)  編輯

         摘要: 這個小節介紹Queue的最后一個工具,也是最強大的一個工具。從名稱上就可以看到此工具的特點:雙向并發阻塞隊列。所謂雙向是指可以從隊列的頭和尾同時操作,并發只是線程安全的實現,阻塞允許在入隊出隊不滿足條件時掛起線程,這里說的隊列是指支持FIFO/FILO實現的鏈表。

    首先看下LinkedBlockingDeque的數據結構。通常情況下從數據結構上就能看出這種實現的優缺點,這樣就知道如何更好的使用工具了。  閱讀全文
    posted @ 2010-08-18 16:01 imxylz 閱讀(9752) | 評論 (5)  編輯

         摘要:
    有一段時間沒有更新了。接著上節繼續吧。
    Queue除了前面介紹的實現外,還有一種雙向的Queue實現Deque。這種隊列允許在隊列頭和尾部進行入隊出隊操作,因此在功能上比Queue顯然要更復雜。下圖描述的是Deque的完整體系圖。需要說明的是LinkedList也已經加入了Deque的一部分(LinkedList是從jdk1.2 開始就存在數據結構)。  閱讀全文
    posted @ 2010-08-12 00:13 imxylz 閱讀(13607) | 評論 (4)  編輯

         摘要:
    在Set中有一個排序的集合SortedSet,用來保存按照自然順序排列的對象。Queue中同樣引入了一個支持排序的FIFO模型。
    并發隊列與Queue簡介 中介紹了,PriorityQueue和PriorityBlockingQueue就是支持排序的Queue。顯然一個支持阻塞的排序Queue要比一個非線程安全的Queue實現起來要復雜的多,因此下面只介紹PriorityBlockingQueue,至于PriorityQueue只需要去掉Blocking功能就基本相同了。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-30 16:15 imxylz 閱讀(14134) | 評論 (0)  編輯

         摘要: 在上一節中詳細分析了LinkedBlockingQueue 的實現原理。實現一個可擴展的隊列通常有兩種方式:一種方式就像LinkedBlockingQueue一樣使用鏈表,也就是每一個元素帶有下一個元素的引用,這樣的隊列原生就是可擴展的;另外一種就是通過數組實現,一旦隊列的大小達到數組的容量的時候就將數組擴充一倍(或者一定的系數倍),從而達到擴容的目的。常見的ArrayList就屬于第二種。前面章節介紹過的HashMap確是綜合使用了這兩種方式。
    對于一個Queue而言,同樣可以使用數組實現。使用數組的好處在于各個元素之間原生就是通過數組的索引關聯起來的,一次元素之間就是有序的,在通過索引操作數組就方便多了。當然也有它不利的一面,擴容起來比較麻煩,同時刪除一個元素也比較低效。
    ArrayBlockingQueue 就是Queue的一種數組實現。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-27 22:04 imxylz 閱讀(12937) | 評論 (0)  編輯

         摘要: 在《并發容器 part 4 并發隊列與Queue簡介》節中的類圖中可以看到,對于Queue來說,BlockingQueue是主要的線程安全版本。這是一個可阻塞的版本,也就是允許添加/刪除元素被阻塞,直到成功為止。
    BlockingQueue相對于Queue而言增加了兩個操作:put/take。下面是一張整理的表格。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-24 00:02 imxylz 閱讀(19641) | 評論 (6)  編輯

         摘要: ConcurrentLinkedQueue是Queue的一個線程安全實現。先來看一段文檔說明。
    一個基于鏈接節點的無界線程安全隊列。此隊列按照 FIFO(先進先出)原則對元素進行排序。隊列的頭部 是隊列中時間最長的元素。隊列的尾部 是隊列中時間最短的元素。新的元素插入到隊列的尾部,隊列獲取操作從隊列頭部獲得元素。當多個線程共享訪問一個公共 collection 時,ConcurrentLinkedQueue 是一個恰當的選擇。此隊列不允許使用 null 元素。

    由于ConcurrentLinkedQueue只是簡單的實現了一個隊列Queue,因此從API的角度講,沒有多少值的介紹,使用起來也很簡單,和前面遇到的所有FIFO隊列都類似。出隊列只能操作頭節點,入隊列只能操作尾節點,任意節點操作就需要遍歷完整的隊列。
    重點放在解釋ConcurrentLinkedQueue的原理和實現上。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-23 14:11 imxylz 閱讀(20016) | 評論 (2)  編輯

         摘要: Queue是JDK 5以后引入的新的集合類,它屬于Java Collections Framework的成員,在Collection集合中和List/Set是同一級別的接口。通常來講Queue描述的是一種FIFO的隊列,當然不全都是,比如PriorityQueue是按照優先級的順序(或者說是自然順序,借助于Comparator接口)。
    下圖描述了Java Collections Framework中Queue的整個家族體系。
    對于Queue而言是在Collection的基礎上增加了offer/remove/poll/element/peek方法,另外重新定義了add方法。對于這六個方法,有不同的定義。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-21 12:21 imxylz 閱讀(21453) | 評論 (5)  編輯

         摘要: 在上一篇中介紹了HashMap的原理,這一節是ConcurrentMap的最后一節,所以會完整的介紹ConcurrentHashMap的實現。

    ConcurrentHashMap原理

    在讀寫鎖章節部分介紹過一種是用讀寫鎖實現Map的方法。此種方法看起來可以實現Map響應的功能,而且吞吐量也應該不錯。但是通過前面對讀寫鎖原理的分析后知道,讀寫鎖的適合場景是讀操作>>寫操作,也就是讀操作應該占據大部分操作,另外讀寫鎖存在一個很嚴重的問題是讀寫操作不能同時發生。要想解決讀寫同時進行問題(至少不同元素的讀寫分離),那么就只能將鎖拆分,不同的元素擁有不同的鎖,這種技術就是“鎖分離”技術。
    默認情況下ConcurrentHashMap是用了16個類似HashMap 的結構,其中每一個HashMap擁有一個獨占鎖。也就是說最終的效果就是通過某種Hash算法,將任何一個元素均勻的映射到某個HashMap的Map.Entry上面,而對某個一個元素的操作就集中在其分布的HashMap上,與其它HashMap無關。這樣就支持最多16個并發的寫操作。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-20 17:48 imxylz 閱讀(21013) | 評論 (9)  編輯

         摘要: 本來想比較全面和深入的談談ConcurrentHashMap的,發現網上有很多對HashMap和ConcurrentHashMap分析的文章,因此本小節盡可能的分析其中的細節,少一點理論的東西,多談談內部設計的原理和思想。
    要談ConcurrentHashMap的構造,就不得不談HashMap的構造,因此先從HashMap開始簡單介紹。

    HashMap原理
    我們從頭開始設想。要將對象存放在一起,如何設計這個容器。目前只有兩條路可以走,一種是采用分格技術,每一個對象存放于一個格子中,這樣通過對格子的編號就能取到或者遍歷對象;另一種技術就是采用串聯的方式,將各個對象串聯起來,這需要各個對象至少帶有下一個對象的索引(或者指針)。顯然第一種就是數組的概念,第二種就是鏈表的概念。所有的容器的實現其實都是基于這兩種方式的,不管是數組還是鏈表,或者二者俱有。HashMap采用的就是數組的方式。
    有了存取對象的容器后還需要以下兩個條件才能完成Map所需要的條件。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-20 00:22 imxylz 閱讀(22910) | 評論 (3)  編輯

         摘要: 從這一節開始正式進入并發容器的部分,來看看JDK 6帶來了哪些并發容器。
    在JDK 1.4以下只有Vector和Hashtable是線程安全的集合(也稱并發容器,Collections.synchronized*系列也可以看作是線程安全的實現)。從JDK 5開始增加了線程安全的Map接口ConcurrentMap和線程安全的隊列BlockingQueue(盡管Queue也是同時期引入的新的集合,但是規范并沒有規定一定是線程安全的,事實上一些實現也不是線程安全的,比如PriorityQueue、ArrayDeque、LinkedList等,在Queue章節中會具體討論這些隊列的結構圖和實現)。

    在介紹ConcurrencyMap之前先來回顧下Map的體系結構。下圖描述了Map的體系結構,其中藍色字體的是JDK 5以后新增的并發容器。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-19 15:25 imxylz 閱讀(24631) | 評論 (8)  編輯

         摘要:
    主要談談鎖的性能以及其它一些理論知識,內容主要的出處是《Java Concurrency in Practice》,結合自己的理解和實際應用對鎖機制進行一個小小的總結。

    首先需要強調的一點是:所有鎖(包括內置鎖和高級鎖)都是有性能消耗的,也就是說在高并發的情況下,由于鎖機制帶來的上下文切換、資源同步等消耗是非常可觀的。在某些極端情況下,線程在鎖上的消耗可能比線程本身的消耗還要多。所以如果可能的話,在任何情況下都盡量少用鎖,如果不可避免那么采用非阻塞算法是一個不錯的解決方案,但是卻也不是絕對的。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-16 00:15 imxylz 閱讀(16575) | 評論 (2)  編輯

         摘要: 這是一份完整的Java 并發整理筆記,記錄了我最近幾年學習Java并發的一些心得和體會。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-08 19:17 imxylz 閱讀(168183) | 評論 (43)  編輯

         摘要: 在這個小結里面重點討論原子操作的原理和設計思想。
    由于在下一個章節中會談到鎖機制,因此此小節中會適當引入鎖的概念。
    在Java Concurrency in Practice中是這樣定義線程安全的:
    當多個線程訪問一個類時,如果不用考慮這些線程在運行時環境下的調度和交替運行,并且不需要額外的同步及在調用方代碼不必做其他的協調,這個類的行為仍然是正確的,那么這個類就是線程安全的。  閱讀全文
    posted @ 2010-07-03 20:40 imxylz 閱讀(46607) | 評論 (16)  編輯


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