Java并发之Future

在上一篇文章中,我们详细介绍了如何创建正确的线程池,那创建完线程池,我们该如何使用呢?在上一篇文章中,我们仅仅介绍了 ThreadPoolExecutor 的 void execute(Runnable command) 方法,利用这个方法虽然可以提交任务,但是却没有办法获取任务的执行结果(execute() 方法没有返回值)。而很多场景下,我们又都是需要获取任务的执行结果的。那 ThreadPoolExecutor 是否提供了相关功能呢?必须的,这么重要的功能当然需要提供了。

下面我们就来介绍一下使用 ThreadPoolExecutor 的时候,如何获取任务执行结果。

Java并发之Executor与线程池

虽然在 Java 语言中创建线程看上去就像创建一个对象一样简单,只需要 new Thread() 就可以了,但实际上创建线程远不是创建一个对象那么简单。创建对象,仅仅是在 JVM 的堆里分配一块内存而已;而创建一个线程,却需要调用操作系统内核的 API,然后操作系统要为线程分配一系列的资源,这个成本就很高了,所以线程是一个重量级的对象,应该避免频繁创建和销毁

那如何避免呢?应对方案估计你已经知道了,那就是线程池。

Java并发之原子类

前面我们多次提到一个累加器的例子,示例代码如下。在这个例子中,add10K() 这个方法不是线程安全的,问题就出在变量 count 的可见性和 count+=1 的原子性上。可见性问题可以用 volatile 来解决,而原子性问题我们前面一直都是采用的互斥锁方案。

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public class Test {
long count = 0;
void add10K() {
int idx = 0;
while(idx++ < 10000) {
count += 1;
}
}
}

其实对于简单的原子性问题,还有一种无锁方案。Java SDK 并发包将这种无锁方案封装提炼之后,实现了一系列的原子类。不过,在深入介绍原子类的实现之前,我们先看看如何利用原子类解决累加器问题,这样你会对原子类有个初步的认识。

Java并发之并发容器

Java 并发包有很大一部分内容都是关于并发容器的,因此学习和搞懂这部分的内容很有必要。

Java 1.5 之前提供的同步容器虽然也能保证线程安全,但是性能很差,而 Java 1.5 版本之后提供的并发容器在性能方面则做了很多优化,并且容器的类型也更加丰富了。下面我们就对比二者来学习这部分的内容。

Java并发之StampedLock

在上一篇文章中,我们介绍了读写锁,学习完之后你应该已经知道“读写锁允许多个线程同时读共享变量,适用于读多写少的场景”。那在读多写少的场景中,还有没有更快的技术方案呢?还真有,Java 在 1.8 这个版本里,提供了一种叫 StampedLock 的锁,它的性能就比读写锁还要好。

下面我们就来介绍一下 StampedLock 的使用方法、内部工作原理以及在使用过程中需要注意的事项。

Java并发之ReadWriteLock

前面我们介绍了管程和信号量这两个同步原语在 Java 语言中的实现,理论上用这两个同步原语中任何一个都可以解决所有的并发问题。那 Java SDK 并发包里为什么还有很多其他的工具类呢?原因很简单:分场景优化性能,提升易用性

今天我们就介绍一种非常普遍的并发场景:读多写少场景。实际工作中,为了优化性能,我们经常会使用缓存,例如缓存元数据、缓存基础数据等,这就是一种典型的读多写少应用场景。缓存之所以能提升性能,一个重要的条件就是缓存的数据一定是读多写少的,例如元数据和基础数据基本上不会发生变化(写少),但是使用它们的地方却很多(读多)。

针对读多写少这种并发场景,Java SDK 并发包提供了读写锁——ReadWriteLock,非常容易使用,并且性能很好。

Java并发之Semaphore

Semaphore,现在普遍翻译为“信号量”,以前也曾被翻译成“信号灯”,因为类似现实生活里的红绿灯,车辆能不能通行,要看是不是绿灯。同样,在编程世界里,线程能不能执行,也要看信号量是不是允许。

信号量是由大名鼎鼎的计算机科学家迪杰斯特拉(Dijkstra)于 1965 年提出,在这之后的 15 年,信号量一直都是并发编程领域的终结者,直到 1980 年管程被提出来,我们才有了第二选择。目前几乎所有支持并发编程的语言都支持信号量机制,所以学好信号量还是很有必要的。

Java并发之Lock和Condition

Java SDK 并发包内容很丰富,包罗万象,但是我觉得最核心的还是其对管程的实现。因为理论上利用管程,你几乎可以实现并发包里所有的工具类。在并发编程领域,有两大核心问题:一个是互斥,即同一时刻只允许一个线程访问共享资源;另一个是同步,即线程之间如何通信、协作。这两大问题,管程都是能够解决的。Java SDK 并发包通过 Lock 和 Condition 两个接口来实现管程,其中 Lock 用于解决互斥问题,Condition 用于解决同步问题

Java并发之线程

在 Java 领域,实现并发程序的主要手段就是多线程。线程是操作系统里的一个概念,虽然各种不同的开发语言如 Java、C# 等都对其进行了封装,但是万变不离操作系统。Java 语言里的线程本质上就是操作系统的线程,它们是一一对应的。

Java并发之管程

并发编程这个技术领域已经发展了半个世纪了,相关的理论和技术纷繁复杂。那有没有一种核心技术可以很方便地解决我们的并发问题呢?这个问题如果让我选择,我一定会选择管程技术。Java 语言在 1.5 之前,提供的唯一的并发原语就是管程,而且 1.5 之后提供的 SDK 并发包,也是以管程技术为基础的。除此之外,C/C++、C# 等高级语言也都支持管程。

可以这么说,管程就是一把解决并发问题的万能钥匙。

Java并发之通知等待

破坏占用且等待条件的时候,如果转出账本和转入账本不满足同时在文件架上这个条件,就用死循环的方式来循环等待,核心代码如下:

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// 一次性申请转出账户和转入账户,直到成功
while(!actr.apply(this, target))

Java并发之死锁

在上一篇文章中,我们用 Account.class 作为互斥锁,来解决银行业务里面的转账问题,虽然这个方案不存在并发问题,但是所有账户的转账操作都是串行的,例如账户 A 转账户 B、账户 C 转账户 D 这两个转账操作现实世界里是可以并行的,但是在这个方案里却被串行化了,这样的话,性能太差。

试想互联网支付盛行的当下,8 亿网民每人每天一笔交易,每天就是 8 亿笔交易;每笔交易都对应着一次转账操作,8 亿笔交易就是 8 亿次转账操作,也就是说平均到每秒就是近 1 万次转账操作,若所有的转账操作都串行,性能完全不能接受。

Java并发之可见性、原子性和有序性

缓存导致的可见性问题

在单核时代,所有的线程都是在一颗 CPU 上执行,CPU 缓存与内存的数据一致性容易解决。因为所有线程都是操作同一个 CPU 的缓存,一个线程对缓存的写,对另外一个线程来说一定是可见的。例如在下面的图中,线程 A 和线程 B 都是操作同一个 CPU 里面的缓存,所以线程 A 更新了变量 V 的值,那么线程 B 之后再访问变量 V,得到的一定是 V 的最新值(线程 A 写过的值)。

MySQL高性能优化规范建议

数据库命令规范

  • 所有数据库对象名称必须使用小写字母并用下划线分割
  • 所有数据库对象名称禁止使用 MySQL 保留关键字(如果表名中包含关键字查询时,需要将其用单引号括起来)
  • 数据库对象的命名要能做到见名识意,并且最后不要超过 32 个字符
  • 临时库表必须以 tmp_为前缀并以日期为后缀,备份表必须以 bak_为前缀并以日期 (时间戳) 为后缀
  • 所有存储相同数据的列名和列类型必须一致(一般作为关联列,如果查询时关联列类型不一致会自动进行数据类型隐式转换,会造成列上的索引失效,导致查询效率降低

MySQL索引基础

什么是索引?

索引用于快速找出在某个列中有一特定值的行,不使用索引,MySQL必须从第一条记录开始读完整个表,直到找出相关的行,表越大,查询数据所花费的时间就越多,如果表中查询的列有一个索引,MySQL能够快速到达一个位置去搜索数据文件,而不必查看所有数据,那么将会节省很大一部分时间。

例如:有一张person表,其中有2W条记录,记录着2W个人的信息。有一个Phone的字段记录每个人的电话号码,现在想要查询出电话号码为xxxx的人的信息。如果没有索引,那么将从表中第一条记录一条条往下遍历,直到找到该条信息为止。如果有了索引,那么会将该Phone字段,通过一定的方法进行存储,好让查询该字段上的信息时,能够快速找到对应的数据,而不必在遍历2W条数据了。其中MySQL中的索引的存储类型有两种:BTREE、HASH。 也就是用树或者Hash值来存储该字段,要知道其中详细是如何查找的,就需要会算法的知识了。我们现在只需要知道索引的作用,功能是什么就行。

MySQL总结

什么是MySQL?

MySQL 是一种关系型数据库,在Java企业级开发中非常常用,因为 MySQL 是开源免费的,并且方便扩展。阿里巴巴数据库系统也大量用到了 MySQL,因此它的稳定性是有保障的。MySQL是开放源代码的,因此任何人都可以在 GPL(General Public License) 的许可下下载并根据个性化的需要对其进行修改。MySQL的默认端口号是3306

Atomic原子类总结

Atomic 原子类介绍

Atomic 翻译成中文是原子的意思。在化学上,我们知道原子是构成一般物质的最小单位,在化学反应中是不可分割的。在我们这里 Atomic 是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候,一个操作一旦开始,就不会被其他线程干扰。

所以,所谓原子类说简单点就是具有原子/原子操作特征的类。

乐观锁与悲观锁

何谓悲观锁与乐观锁

乐观锁对应于生活中乐观的人总是想着事情往好的方向发展,悲观锁对应于生活中悲观的人总是想着事情往坏的方向发展。这两种人各有优缺点,不能不以场景而定说一种人好于另外一种人。

Java线程池总结

使用线程池的好处

池化技术相比大家已经屡见不鲜了,线程池、数据库连接池、Http 连接池等等都是对这个思想的应用。池化技术的思想主要是为了减少每次获取资源的消耗,提高对资源的利用率。

线程池提供了一种限制和管理资源(包括执行一个任务)。 每个线程池还维护一些基本统计信息,例如已完成任务的数量。

这里借用《Java 并发编程的艺术》提到的来说一下使用线程池的好处

  • 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。

Java并发容器总结

JDK 提供的并发容器总结

JDK 提供的这些容器大部分在 java.util.concurrent 包中。

  • ConcurrentHashMap: 线程安全的 HashMap
  • CopyOnWriteArrayList: 线程安全的 List,在读多写少的场合性能非常好,远远好于 Vector.
  • ConcurrentLinkedQueue: 高效的并发队列,使用链表实现。可以看做一个线程安全的 LinkedList,这是一个非阻塞队列。
  • BlockingQueue: 这是一个接口,JDK 内部通过链表、数组等方式实现了这个接口。表示阻塞队列,非常适合用于作为数据共享的通道。
  • ConcurrentSkipListMap: 跳表的实现。这是一个 Map,使用跳表的数据结构进行快速查找。

Java并发进阶总结

synchronized 关键字

说一说自己对于 synchronized 关键字的了解

synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性,synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。

另外,在 Java 早期版本中,synchronized属于重量级锁,效率低下,因为监视器锁(monitor)是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的,Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程,都需要操作系统帮忙完成,而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高,这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化,所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化,如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

Java 并发基础总结

什么是线程和进程?

何为进程?

进程是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。

在 Java 中,当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程,而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程,也称主线程。

消息队列之Kafka协调服务ZooKeeper

RocketMQ 的 NameServer 虽然设计非常简洁,但很好地解决了路由寻址的问题。

而 Kafka 却采用了完全不同的设计思路,它选择使用 ZooKeeper 这样一个分布式协调服务来实现和 RocketMQ 的 NameServer 差不多的功能。

这节课我先带大家简单了解一下 ZooKeeper,然后再来一起学习一下 Kafka 是如何借助 ZooKeeper 来构建集群,实现路由寻址的。

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