Параллельное программирование на Java широко используется в практической работе, иногда необходимо сделать какие-то вещи асинхронно за счет многопоточности, а иногда необходимо повысить эффективность выполнения задачи за счет многопоточности. Недавно я делал обзор некоторых основных концепций и принципов программирования на Java и записал их здесь.

ключевые идеи

переключатель контекста

1. Концепция: ЦП выделяет время выполнения исполняемым потокам с помощью алгоритма квантования времени. При переключении между различными потоками ему необходимо сохранять состояние текущего потока и отвечать на информацию о состоянии потока, которая должна быть выполнена.Этот процесс представляет собой переключение контекста.
2. Как уменьшить или избежать переключения контекста?
   • параллельное программирование без блокировок
   • CAS-алгоритм
   • Используйте наименьшее количество потоков
   • сопрограмма

тупик

1. Концепция: Два или более потока удерживают блокировки, которые ждут друг друга.
2. Как избежать тупика?
   • Избегайте одновременного получения потоком нескольких блокировок.
   • Избегайте одновременного использования потоком нескольких ресурсов в блокировке и старайтесь обеспечить, чтобы каждая блокировка занимала только один ресурс.
   • попробуй использовать временную блокировку
   • Для блокировок базы данных блокировка и разблокировка должны выполняться в соединении с базой данных.

Базовый механизм параллелизма в Java

volatile

1. Роль: обеспечить общие переменные между несколькими потоками в многопроцессорной разработке.видимость, то есть, когда поток изменяет значение переменной, другие потоки могут сразу увидеть последнее значение переменной.
2. Принцип: бытьvolatileКогда измененная переменная записывается, она будет делать следующие две вещи:
   • Записать данные текущей строки кэша процессора в системную память;
   • Сделать недействительными данные, кэшированные по адресу памяти в других процессорах.
3. Использовать баллы:
   • Volatile гарантирует только видимость, а не синхронизацию. Например: если измененное значение переменной зависит от последнего измененного значения, использование volatile не может гарантировать безопасность параллелизма.

synchronized

1. Определение: Synchronized — это метод связи между несколькими потоками в Java. Синхронизация имеет три конкретных применения:

   • Для обычных синхронизированных методов блокировка является текущим объектом экземпляра.
   • Для статических синхронизированных методов блокировкой является объект класса текущего класса.
   • Для синхронизированных кодовых блоков замком является объект, настроенный в синхронизированных скобках.

2. Использовать баллы:

   • Конструкторы не могут быть изменены с помощью синхронизированных
   • Рекомендуется максимально уменьшить степень детализации блокировки, например, использование синхронизированных блоков кода может удовлетворить потребности и нет необходимости использовать синхронизированные методы.
   • Если вы можете подтвердить, что все блокировки в вашем приложении в большинстве случаев оспариваются разными потоками, вы можете-XX:+UseBiasedLockingОтключите предвзятую блокировку для повышения производительности.

3. Принцип: введите два понятия: запись монитора (частная структура данных класса Thread) и заголовок объекта Java. Отношения таковы: заголовок объекта Java хранит адрес записи монитора, а запись монитора записывает поток, который его содержит. .

   • монитор: монитор — это не специальный объект, а метод или механизм, Java управляет доступом к объекту через монитор. Каждый объект в Java связан с монитором. В то же время только один поток (Thread) может заблокировать монитор. Когда монитор заблокирован потоком, другие потоки, пытающиеся заблокировать монитор, могут только блокироваться и ждать.

   • Заголовок объекта: синхронизированное состояние блокировки описано в заголовке объекта Java. Заголовки объектов включают слово Mark и слово Klass.

     1. В 32-битной виртуальной машине размер всего заголовка объекта составляет 64 бита (т. е. 8 байт), а Mark Word и Klass Word занимают соответственно 4 байта.

        Заголовок объекта (32-разрядная виртуальная машина)

     2. Состояние блокировки: в Java существует четыре типа блокировок, от низкого до высокого, без блокировки --> предвзятая блокировка --> облегченная блокировка --> тяжеловесная блокировка. Смещенная блокировка опирается на поле в слове маркировки, которое указывает на текущий поток, чтобы определить, является ли держатель блокировки текущим потоком, и если да, то напрямую входит в блок кода синхронизации; предполагая, что смещенная блокировка отключена, облегченная блокировка ссылается до двух Если один поток захватывает блокировку, один получает блокировку, а другой безуспешно получает блокировку, CAS-цикл получает блокировку первым. получение не удалось Поток переходит в состояние блокировки.

     3. Процесс эскалации блокировки будет идти только от низкого к высокому, а не от высокого к низкому, что позволяет избежать ненужной траты ресурсов. Например, если состояние блокировки достигло тяжеловесной блокировки, потоки, которые позже конкурируют за блокировку, войдут непосредственно в блок и не будут выполнять циклы CAS. Один из графиков, представленных в Справочнике 7, превосходен, и я поместил его здесь:

        java_synchronized.png

атомарная операция

Атомарные операции на уровне ЦП

Атомарные операции на уровне ЦП должны выполняться инструкциями ЦП, которые обрабатывают данные в памяти через шину, поэтому в ЦП есть два пути:

1. Блокировка шины: Используйте команду LOCK, чтобы послать сигнал на шину для реализации
2. Кэш блокировки: в определенный момент необходимо гарантировать атомарность только операции определенного адреса памяти;

Атомарные операции в JAVA

Атомарные операции могут быть реализованы в Java через CAS и блокировки.

1. Используйте CAS для реализации атомарных операций Начиная с Java 1.5, в пакете java.lang.concurrent предусмотрено множество классов для поддержки атомарных операций, таких какAotmicIntenger,AtomicLong, эти классы могут атомарно увеличивать или уменьшать текущее значение переменной на 1;
2. Используйте блокировки для выполнения атомарных операций, а механизм блокировки гарантирует, что только поток, удерживающий блокировку, может работать с указанной переменной;

использованная литература

1. Искусство параллельного программирования на Java
2. Глубокое понимание серии моделей памяти Java l
3. Многопоточное прочесывание знаний (3) — блокировка оптимизации синхронизированной трилогии
4. The Java Tutorails
5. Параллельное программирование на Java: синхронизированная базовая оптимизация (предвзятая блокировка, облегченная блокировка)
6. What's a monitor in Java?
7. Официальная документация: потоки и блокировки
8. Рекомендуется: Пример заголовка объекта
9. Синхронизированный механизм Java
10. Документация OpenJDK: Синхронизация