JAVA高并發(fā)基礎(chǔ)知識(shí)

JAVA高并發(fā)是什么？一般大家對(duì)JAVA高并發(fā)的了解可能停留在概念的層面上，而對(duì)于JAVA高并發(fā)的應(yīng)用場(chǎng)景和詳細(xì)構(gòu)造了解相對(duì)較少。今天就跟大家聊聊JAVA高并發(fā)。

十多年的新疆網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)設(shè)計(jì)、前端、開發(fā)、售后、文案、推廣等六對(duì)一服務(wù)，響應(yīng)快，48小時(shí)及時(shí)工作處理。全網(wǎng)整合營(yíng)銷推廣的優(yōu)勢(shì)是能夠根據(jù)用戶設(shè)備顯示端的尺寸不同，自動(dòng)調(diào)整新疆建站的顯示方式，使網(wǎng)站能夠適用不同顯示終端，在瀏覽器中調(diào)整網(wǎng)站的寬度，無論在任何一種瀏覽器上瀏覽網(wǎng)站，都能展現(xiàn)優(yōu)雅布局與設(shè)計(jì)，從而大程度地提升瀏覽體驗(yàn)。創(chuàng)新互聯(lián)從事“新疆網(wǎng)站設(shè)計(jì)”,“新疆網(wǎng)站推廣”以來，每個(gè)客戶項(xiàng)目都認(rèn)真落實(shí)執(zhí)行。

高并發(fā)簡(jiǎn)介

它是互聯(lián)網(wǎng)分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的因素之一，通常是指，保證系統(tǒng)能夠同時(shí)并行化處理海量請(qǐng)求

同步和異步

• 同步：發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，等待返回，然后再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求。提交請(qǐng)求 -> 等待服務(wù)器處理 -> 處理完返回，此期間客戶端瀏覽器不能干任何事
• 異步：發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，不等待返回，隨時(shí)可以再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求。提交請(qǐng)求 -> 服務(wù)器處理（這時(shí)瀏覽器仍然可以做其他事情）-> 處理完畢

從上圖可以知道，隨著實(shí)時(shí)間的軌跡，同步一步一步的執(zhí)行著，在異步中，當(dāng)一個(gè)異步過程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立即得到結(jié)果，實(shí)際上會(huì)開啟一個(gè)線程執(zhí)行這部分內(nèi)容，這個(gè)線程處理完了之后，通過狀態(tài)，通知和回調(diào)來通知調(diào)用者來處理。

并發(fā)和并行

單核CPU(單處理器)上，只可能存在并發(fā)而不可能存在并行。 并行在多處理器系統(tǒng)中存在，而并發(fā)可以在單處理器和多處理器系統(tǒng)中都存在，并發(fā)能夠在單處理器系統(tǒng)中存在是因?yàn)椴l(fā)是并行的假象，并行要求程序能夠同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，而并發(fā)只是要求程序假裝同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作（每個(gè)小時(shí)間片執(zhí)行一個(gè)操作，多個(gè)操作快速切換執(zhí)行

臨界區(qū)

臨界區(qū)用來表示一種公共資源或者說是共享數(shù)據(jù)，可以被多個(gè)線程使用，但是每一次，只能有一個(gè)線程使用它，一旦臨界去資源被占用，其他線程想要使用這個(gè)資源，就必須等待。

這就是我們編程中經(jīng)常要加鎖的地方，如 Synchronized 關(guān)鍵字，或是 Lock 接口。

阻塞和非阻塞

• 阻塞(Blocking)和非阻塞(Non-Blocking)通常用來形容多線程間的相互影響，比如一個(gè)線程占用臨界區(qū)資源，那么其他所有需要這個(gè)資源的線程就必須在這個(gè)臨界區(qū)中進(jìn)行等待，等待會(huì)導(dǎo)致線程掛起，這種情況就是阻塞。如果占用資源的線程一直不愿意釋放資源，那么其它所有阻塞在這個(gè)臨界區(qū)上的線程都不能工作。
• 非阻塞允許多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)。

死鎖、饑餓、活鎖

死鎖： 指兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程（或線程）在執(zhí)行過程中，因爭(zhēng)奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。此時(shí)稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程稱為死鎖進(jìn)程。

互斥條件：線程對(duì)資源的訪問是排他性的，如果一個(gè)線程對(duì)占用了某資源，那么其他線程必須處于等待狀態(tài)，直到資源被釋放。 請(qǐng)求和保持條件：線程T1至少已經(jīng)保持了一個(gè)資源R1占用,但又提出對(duì)另一個(gè)資源R2請(qǐng)求，而此時(shí)，資源R2被其他線程T2占用，于是該線程T1也必須等待，但又對(duì)自己保持的資源R1不釋放。 不剝奪條件：線程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被其他線程剝奪，只能在使用完以后由自己釋放。 環(huán)路等待條件：在死鎖發(fā)生時(shí)，必然存在一個(gè)“進(jìn)程-資源環(huán)形鏈”，即：{p0,p1,p2,…pn},進(jìn)程p0（或線程）等待p1占用的資源，p1等待p2占用的資源，pn等待p0占用的資源。（最直觀的理解是，p0等待p1占用的資源，而p1而在等待p0占用的資源，于是兩個(gè)進(jìn)程就相互等待

活鎖： 指線程T1可以使用資源，但它很禮貌，讓其他線程先使用資源，線程T2也可以使用資源，但它很紳士，也讓其他線程先使用資源。這樣你讓我，我讓你，最后兩個(gè)線程都無法使用資源。

在街上遇到一妹子，剛好她朝著你的反方向走，與你正面碰到，你們都想讓彼此過去。你往左邊移，她也往左邊移，兩人還是無法過去。這時(shí)你往右邊移，她也往右邊移，如此循環(huán)下去。

饑餓： 指如果線程T1占用了資源R，線程T2又請(qǐng)求封鎖R，于是T2等待。T3也請(qǐng)求資源R，當(dāng)T1釋放了R上的封鎖后，系統(tǒng)首先批準(zhǔn)了T3的請(qǐng)求，T2仍然等待。然后T4又請(qǐng)求封鎖R，當(dāng)T3釋放了R上的封鎖之后，系統(tǒng)又批準(zhǔn)了T4的請(qǐng)求……，T2可能永遠(yuǎn)等待。

有兩條道A和B上都堵滿了車輛，其中A道堵的時(shí)間最長(zhǎng)，B相對(duì)相對(duì)堵的時(shí)間較短，這時(shí)，前面道路已疏通，交警按照最佳分配原則，示意B道上車輛先過，B道路上過了一輛又一輛，A道上排隊(duì)時(shí)間最長(zhǎng)的確沒法通過，只能等B道上沒有車輛通過的時(shí)候再等交警發(fā)指令讓A道依次通過，這也就是 ReentrantLock 顯示鎖里提供的不公平鎖機(jī)制（當(dāng)然了，ReentrantLock 也提供了公平鎖的機(jī)制，由用戶根據(jù)具體的使用場(chǎng)景而決定到底使用哪種鎖策略），不公平鎖能夠提高吞吐量但不可避免的會(huì)造成某些線程的饑餓。

并發(fā)級(jí)別

分為 阻塞 和 非阻塞（非阻塞分為無障礙、無鎖、無等待）

阻塞

當(dāng)一個(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)后，其他線程必須等待

無障礙

• 無障礙是一種最弱的非阻塞調(diào)度
• 可自由出入臨界區(qū)
• 無競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，有限步內(nèi)完成操作
• 有競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，回滾數(shù)據(jù)

和非阻塞調(diào)度相比呢，阻塞調(diào)度是一種悲觀的策略，它會(huì)認(rèn)為說一起修改數(shù)據(jù)是很有可能把數(shù)據(jù)改壞的。而非阻塞調(diào)度呢，是一種樂觀的策略，它認(rèn)為大家修改數(shù)據(jù)未必把數(shù)據(jù)改壞。 但是它是一種 寬進(jìn)嚴(yán)出 的策略，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個(gè)進(jìn)程在臨界區(qū)內(nèi)發(fā)生了數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)生了沖突，那么無障礙的調(diào)度方式則會(huì)回滾這條數(shù)據(jù)。

在這個(gè)無障礙的調(diào)度方式當(dāng)中，所有的線程都相當(dāng)于在拿去一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的一個(gè)快照。他們一直會(huì)嘗試拿去的快照是有效的為止。

無鎖

• 是無障礙的
• 保證有一個(gè)線程可以勝出 與無障礙相比，無障礙并不保證有競(jìng)爭(zhēng)時(shí)一定能完成操作，因?yàn)槿绻l(fā)現(xiàn)每次操作都會(huì)產(chǎn)生沖突，那它則會(huì)不停地嘗試。如果臨界區(qū)內(nèi)的線程互相干擾，則會(huì)導(dǎo)致所有的線程會(huì)卡死在臨界區(qū)，那么系統(tǒng)性能則會(huì)有很大的影響。

而無鎖增加了一個(gè)新的條件，保證每次競(jìng)爭(zhēng)有一個(gè)線程可以勝出，則解決了無障礙的問題。至少保證了所有線程都順利執(zhí)行下去。

下面代碼是Java中典型的無鎖計(jì)算代碼

while (!atomicVar.compareAndSet(localVar, localVar+1)) {    localVar = atomicVar.get();}

無等待

• 無鎖的
• 要求所有的線程都必須在有限步內(nèi)完成
• 無饑餓的

無等待的前提是無鎖的基礎(chǔ)上的，無鎖它只保證了臨界區(qū)肯定有進(jìn)也有出，但是如果進(jìn)的優(yōu)先級(jí)都很高，那么臨界區(qū)內(nèi)的某些優(yōu)先級(jí)低的線程可能發(fā)生饑餓，一直出不了臨界區(qū)。那么無等待解決了這個(gè)問題，它保證所有的線程都必須在有限步內(nèi)完成，自然是無饑餓的。

無等待是并行的最高級(jí)別，它能使這個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。無等待的典型案例：只有讀線程，沒有寫線程，那么這個(gè)則必然是無等待的。 如果既有讀線程又有寫線程，而每個(gè)寫線程之前，都把數(shù)據(jù)拷貝一份副本，然后修改這個(gè)副本，而不是修改原始數(shù)據(jù)，因?yàn)樾薷母北?，則沒有沖突，那么這個(gè)修改的過程也是無等待的。最后需要做同步的只是將寫完的數(shù)據(jù)覆蓋原始數(shù)據(jù)。由于無等待要求比較高，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，所以無鎖使用得會(huì)更加廣泛一些。

關(guān)于并行的2個(gè)重要定律

兩個(gè)定律都與加速比有關(guān)

阿姆達(dá)爾定律

Amdahl定律(阿姆達(dá)爾定律)：定義了串行系統(tǒng)并行化后的加速比的計(jì)算公式和理論上限（加速比=優(yōu)化前系統(tǒng)耗時(shí)/優(yōu)化后系統(tǒng)耗時(shí)） 一個(gè)程序（或者一個(gè)算法）可以按照 是否可以被并行化 分為下面兩個(gè)部分：

• 可以被并行化的部分
• 不可以被并行化的部

假設(shè)一個(gè)程序處理磁盤上的文件。這個(gè)程序的一小部分用來掃描路徑和在內(nèi)存中創(chuàng)建文件目錄。做完這些后，每個(gè)文件交個(gè)一個(gè)單獨(dú)的線程去處理。掃描路徑和創(chuàng)建文件目錄的部分不可以被并行化，不過處理文件的過程可以。

增加CPU處理器的數(shù)量并不一定能起到有效的作用，提高系統(tǒng)內(nèi)可并行化的模塊比重，合理增加并行處理器數(shù)量，才能以最小的投入，得到最大的加速比

古斯塔夫森定律

Gustafson定律(古斯塔夫森)：說明處理器個(gè)數(shù)，串行比例和加速比之間的關(guān)系

只要有足夠的并行化，那么加速比和CPU個(gè)數(shù)成正比

看完上述內(nèi)容，你們對(duì)JAVA高并發(fā)有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀。

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