Day3
来源:互联网 发布:删除不了windows.old 编辑:程序博客网 时间:2024/05/19 13:56
队列同步器(AQS)AbstractQueuedSynchronizer
锁是面向使用者的,它定义了使用者与锁交互的接口(比如可以允许两个线程并行访问),隐藏了实现细节;同步器面向的是锁的实现者,它简化了锁的实现方式,屏蔽了同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒等底层操作。锁和同步器很好地隔离了使用者和实现者所需关注的领域。
模板方法
- 独占式获取与释放同步状态
- 共享式获取与释放同步状态
- 查询同步队列中的等待线程情况
第六章
ConcurrentHashMap
- HashMap可能导致程序死循环。
- HashMap在并发执行put操作时会引起死循环,是因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构,一旦形成环形数据结构,Entry的next节点永远不为空,就会产生死循环获取Entry。
- 线程安全的HashTable效率非常低下
- HashTable容器使用synchronized来保证线程安全,但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法,其他线程也访问HashTable的同步方法时,会进入阻塞或轮询状态。
ConcurrentHashMap的锁分段技术可有效提升并发访问率
HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因是所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁,假如容器里有多把锁,每一把锁用于锁容器其中一部分数据,那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时,线程间就不会存在锁竞争,从而可以有效提高并发访问效率,这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段地存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数据也能被其他线程访问。
ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁(ReentrantLock),在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色;HashEntry则用于存储键值对数据
初始化
ConcurrentHashMap初始化方法是通过initialCapacity、loadFactor和concurrencyLevel等几个参数来初始化segment数组、段偏移量segmentShift、段掩码segmentMask和每个segment里的HashEntry数组来实现的。
- 初始化segments数组
concurrencyLevel的最大值是65535,这意味着segments数组的长度最大为65536,对应的二进制是16位。 - 初始化segmentShift和segmentMask
segmentShift最大值是16,segmentMask最大值是65535,对应的二进制是16位,每个位都是1。 - 初始化每个segment
输入参数initialCapacity是ConcurrentHashMap的初始化容量,loadfactor是每个segment的负载因子,在构造方法里需要通过这两个参数来初始化数组中的每个segment。segment的容量threshold=(int)cap*loadFactor,默认情况initialCapacity等于16,loadfactor等于0.75,通过运算cap等于1,threshold等于零。
定位Segment
ConcurrentHashMap使用分段锁Segment来保护不同段的数据,那么在插入和获取元素的时候,必须先通过散列算法定位到Segment。首先使用Wang/Jenkins hash的变种算法对元素的hashCode进行一次再散列。之所以进行再散列,目的是减少散列冲突,使元素能够均匀地分布在不同的Segment上,从而提高容器的存取效率。假如散列的质量差到极点,那么所有的元素都在一个Segment中,不仅存取元素缓慢,分段锁也会失去意义。
ConcurrentHashMap的操作
- get操作
- 整个get过程不需要加锁,除非读到的值是空才会加锁重读(将要使用的共享变量都定义成volatile类型定义成volatile的变量,能够在线程之间保持可见性,能够被多线程同时读,并且保证不会读到过期的值,但是只能被单线程写(有一种情况可以被多线程写,就是写入的值不依赖于原值),在get操作里只需要读不需要写共享变量count和value,所以可以不用加锁。之所以不会读到过期的值,是因为根据Java内存模型的happen before原则,对volatile字段的写入操作先于读操作,即使两个线程同时修改和获取volatile变量,get操作也能拿到最新的值,这是用volatile替换锁的经典应用场景)
- put操作
- 由于put方法里需要对共享变量进行写入操作,所以为了线程安全,在操作共享变量时必须加锁。put方法首先定位到Segment,然后在Segment里进行插入操作。插入操作需要经历两个步骤,第一步判断是否需要对Segment里的HashEntry数组进行扩容,第二步定位添加元素的位置,然后将其放在HashEntry数组里。
- size操作
- 先尝试2次通过不锁住Segment的方式来统计各个Segment大小,如果统计的过程中,容器的count发生了变化,则再采用加锁的方式来统计所有Segment的大小。那么ConcurrentHashMap是如何判断在统计的时候容器是否发生了变化呢? 使用modCount变量,在put、remove和clean方法里操作元素前都会将变量modCount进行加1,那么在统计size前后比较modCount是否发生变化,从而得知容器的大小是否发生变化。
ConcurrentLinkedQueue
如果要实现一个线程安全的队列有两种方式:一种是使用阻塞算法,另一种是使用非阻塞算法。使用阻塞算法的队列可以用一个锁(入队和出队用同一把锁)或两个锁(入队和出队用不同的锁)等方式来实现。非阻塞的实现方式则可以使用循环CAS的方式来实现。ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列,它采用先进先出的规则对节点进行排序,当我们添加一个元素的时候,它会添加到队列的尾部;当我们获取一个元素时,它会返回队列头部的元素。它采用了“wait-free”算法(即CAS算法)来实现,该算法在Michael&Scott算法上进行了一些修改。
入队列
入队列就是将入队节点添加到队列的尾部,个入队过程主要做两件事情:第一是定位出尾节点;第二是使用CAS算法将入队节点设置成尾节点的next节点,如不成功则重试。
定位尾节点
设置入队节点为尾节点
入队方法永远返回true,所以不要通过返回值判断入队是否成功。
出队列
并不是每次出队时都更新head节点,当head节点里有元素时,直接弹出head节点里的元素,而不会更新head节点。只有当head节点里没有元素时,出队操作才会更新head节点。这种做法也是通过hops变量来减少使用CAS更新head节点的消耗,从而提高出队效率。
阻塞队列
阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。
- 支持阻塞的插入方法:意思是当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不
满。 - 支持阻塞的移除方法:意思是在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。
如果是无界阻塞队列,队列不可能会出现满的情况,所以使用put或offer方法永远不会被阻塞,而且使用offer方法时,该方法永远返回true。
Fork/Join框架
- RecursiveAction:用于没有返回结果的任务。
- RecursiveTask:用于有返回结果的任务。
- Join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。
工作窃取算法
工作窃取算法的优点:充分利用线程进行并行计算,减少了线程间的竞争。工作窃取算法的缺点:在某些情况下还是存在竞争,比如双端队列里只有一个任务时。并且该算法会消耗了更多的系统资源,比如创建多个线程和多个双端队列。
第七章
13个原子操作类
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