Java高并发之从零到放弃

前言

本篇主要讲解如何去优化锁机制
或者克服多线程因为锁可导致性能下降的问题

ThreadLocal线程变量

有这样一个场景，前面是一大桶水，10个人去喝水，为了保证线程安全，我们要在杯子上加锁
导致大家轮着排队喝水，因为加了锁的杯子是同步的，只能有一个人拿着这个唯一的杯子喝水
这样子大家都喝完一杯水需要很长的时间
如果我们给每个人分发一个杯子呢?是不是每人喝到水的时间缩小到了十分之一

多线程并发也是一个道理
在每个Thread中都有自己的数据存放空间（ThreadLocalMap）
而ThreadLocal就是在当前线程的存放空间中存放数据
下面这个例子，在每个线程中存放一个arraylist，而不是大家去公用一个arraylist

public class ThreadLocalTest {
    public static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
    public static ArrayList list = new ArrayList();
    public static class Demo implements Runnable {
        private int i;
        public Demo(int i) {
            this.i = i;
        }
        @Override
        public void run() {
            list.add(i);
            threadLocal.set(list);
            System.out.println(threadLocal.get());
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int j = 0; j < 200; j++) {
            es.execute(new Demo(j));
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
        es.shutdown();
    }
}

在每个线程内部有一块存储区域叫做ThreadLocalMap
可以看到，ThreadLocal采用set，get存取值方式
只有线程完全关闭时，在ThreadLocalMap中的数据才会被GC回收

这时有一个值得考虑的问题
我们使用线程池来开发的时候，线程池中的线程并不会关闭，它只是处于空闲状态
也就是说，我们如果把过大的数据存储在当前线程的ThreadLocalMap中，线程不断的调用，被空闲...
最后会导致内存溢出
解决方法是当不需要这些数据时
使用ThreadLocal.remove()方法将变量给移除

CAS操作

还有一种脱离锁的机制，那就是CAS
CAS带着三个变量，分别是:
V更新变量：需要返回的变量
E预期值：原来的值
N新值，传进来的新变量

只有当预期值和新值相等时，才会把V=N，如果不相等，说明该操作会让数据无法同步
根据上面的解释，大概就能知道CAS其实也是在保护数据的同步性

当多个线程进行CAS操作时，可想只有一个线程能成功更新，之后其它线程的E和V会不地进行断比较
所以CAS的同步锁的实现是一样的

CAS操作的并发包在Atomic包中，atomic实现了很多类型
不管是AtomicInteger还是AtomicReference，都有相同点，请观察它们的源码：

private volatile V value;
private static final long valueOffset;

以上是AtomicReferenc

private volatile int value;
private static final long valueOffset;

以上是AtomicIntege

都有value，这是它们的当前实际值

valueOffset保存的是value的偏移量

下面给出一个简单的AtomicIntege例子：

public class AtomicTest {
    public static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    //public static AtomicReference atomicReference = new AtomicReference();
    public static class Demo implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            for (int j=0;j<1000;j++){
                atomicInteger.incrementAndGet();        //当前值加1并且返回当前值
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i =0;i<10;i++){
            es.submit(new Demo());
        }
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println(atomicInteger);
    }
}

你试着执行一下，如果打印出10000说明线程安全

使用CAS操作比同步锁拥有更好的性能

我们来看下incrementAndGet()的源码：

public final int incrementAndGet() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
    }

来看下getAndAddInt()源码：

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
        return var5;
    }

这里有一个循环，再细看源码发现是native的，虽然看不到原生代码，但是可以看出它这里做了一个CAS操作，不断地进行多个变量的比较，只有预设值和新值相等时，才跳出循环
var5就是需要更新的变量，var1和var2是预设值和新值

死锁

讲了那么多无锁的操作，我们来看一下一个死锁的现象
两个线程互相占着对方想得到的锁，就会出现死锁状况

public class DeadLock extends Thread{
    protected String suo;
    public static String zuo = new String();
    public static String you = new String();
    public DeadLock(String suo){
        this.suo=suo;
    }
    @Override
    public void run(){
        if (suo==zuo){
            synchronized (zuo){
                System.out.println("拿到了左，正在拿右......");
                synchronized (you){
                    System.out.println("拿到了右，成功了");
                }
            }
        }
        if (suo==you){
            synchronized (you){
                System.out.println("拿到了右，正在拿左......");
                synchronized (zuo){
                    System.out.println("拿到了zuo，成功了");
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i=0;i<10000;i++){
            DeadLock t1 = new DeadLock(zuo);
            DeadLock t2 = new DeadLock(you);
            t1.start();t2.start();
        }
        Thread.sleep(50000);
    }
}

如图：

出现了两个线程的死锁现象，所以说去锁不仅能提升性能，也能防止死锁的产生。

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