контур

предисловие

Пессимистическая блокировка и оптимистичная блокировка — частые вопросы на собеседованиях.

у нас должны быть некоторые понятия

пессимистический замокКак следует из названия, это пессимистическое убеждение, что, пока не будут приняты правильные меры по синхронизации, у него обязательно будут проблемы.

оптимистическая блокировкаЭто означает, что для синхронизации данных я оптимистично настроен на то, что без мер по синхронизации проблем не будет, но если есть проблемы, я приму меры по исправлению, такие как повторная попытка.

Механизм синхронизации между несколькими потоками в основном включаетчетыре

• Мьютекс
• критическая секция
• сигнал
• мероприятие

Давайте не будем говорить о разнице между этими четырьмя, просто помните, что Synchronized использует мьютекс операционной системы.

---

Все мои статьи обновляются синхронно с Github--Java-Notes, Если вы хотите узнать о JVM (в основном более полной), анализе исходного кода HashMap, связанных с пружинами, параллелизме, решении проблемы с предложением (версия Java), вы можете нажать звездочку. Вы можете увидеть мою домашнюю страницу на github, которая обновляется каждый день.

Приглашаю вас завершить репо со мной

---

Взаимоисключающая (блокирующая) синхронизация - пессимистическая блокировка

Взаимное исключение является лишь одним из средств механизма синхронизации, а также очень распространенным средством обеспечения корректности параллелизма.

Мы знаем, почему традиционные блокировки (например, synchronized или reentrantLock) называютсятяжелый замок, потому что он используетМьютекс ОСсинхронизировать

synchronized

Это метод, с которым мы наиболее знакомы. Обычно, когда новички изучают синхронизацию, мы используем это ключевое слово, но этот метод используетсемафор операционной системы, так что эффективность относительно низкая

Synchronized в Java может реализовать основы синхронизации:Объекты в Java можно использовать в качестве замков

Три формы:

• Обычный метод синхронизации, экземпляр объекта блокировки
• Статический метод синхронизации, замок — это объект Class текущего класса
• Для блоков синхронизированных методов объект конфигурации в скобках заблокирован.

Принцип реализации

JVM основана на входе и выходеобъект наблюденияДля достижения синхронизации методов и синхронизации блоков кода

При синхронизации ключевое словосоставленоПосле этого он будет сформирован до и после синхронизированного блока (где начинается и заканчивается синхронизированный блок кода или где возникает исключение)monitorenterа такжеmonitorexitДве инструкции байт-кода.

• Каждому входу монитора должен соответствовать выход монитора. При выполнении команды monitorenter счетчик блокировки увеличивается на единицу, соответственно при выполнении команды monitorexit счетчик уменьшается на единицу.Когда счетчик достигает 0, блокировка снимается
• Синхронизированный блок является реентерабельным для одного и того же потока и не блокируется.
• Синхронизированный блок блокирует доступ других потоков до тех пор, пока вошедший поток не завершит выполнение.

Спецификация метода синхронизации не указывает, но метод синхронизации также может быть реализован с помощью двух вышеуказанных инструкций.

ReentrantLock

В базовом использовании ReentrantLock очень похож на Synchronized.

По сравнению с Synchronized ReentrantLock добавляет следующие функции:

• дождаться прерываемого
  • Как следует из названия, ожидающий поток может отказаться от ожидания и вместо этого заняться другими делами.
  • Полезно для синхронизированных блоков, выполнение которых занимает много времени.
• Справедливая блокировка может быть достигнута
  • Что такое справедливость?первый пришел первыйСчитайте один, тот, кто подал заявку первым, получит ее первым, и порядок получения замков отсортирован в соответствии с порядком, в котором замки были поданы.
  • А вот недобросовестных блокировок, типа Synchronized, нет, они случайные
  • ReentrantLock также является несправедливой блокировкой по умолчанию, но справедливая блокировка может быть реализована через конструктор с логическим значением.
• Блокировки могут связывать несколько условий
  • Это означает, что объект ReentrantLock может одновременно связывать несколько объектов Condition,
  • В Synchronized методы wait() и notify() или notifyAll() объекта блокировки могут реализовывать неявное условие. Если вы хотите связать более одного условия, вам нужно добавить дополнительную блокировку
  • ReentrantLock не нужно этого делать, просто вызовите метод newCondition() несколько раз.

выберите

В последней версии оптимизация для Synchronized очень велика, и производительность не сильно отличается от производительности ReentrantLock, поэтому, если вы не используете эти расширенные функции, рекомендуется использовать synchronized. Ведь Synchronized будет оптимизирован в будущем.

Ниже приведено сравнение производительности двух под JDK8 (первый самовозрастающий, последний представляет собой связанный список)

Неблокирующая синхронизация — оптимистическая блокировка

Оптимистическая блокировка не требуетсяТема висит в ожидании, так еще называютнеблокирующая синхронизация

Механизм номера версии

Как правило, поле версии добавляется в таблицу данных, чтобы указать, сколько раз данные были обновлены.изменить один раз, номер версииплюс один.

условие

Версия фиксации должна быть больше, чем текущая записанная версия

Например

Теперь у меня есть 10 юаней на моем банковском счете, и теперь есть поле версии с номером версии 1.

Теперь я вывожу 2 юаня операцией A, я сначала читаю в данных версию = 1, а затем вычитаю

В то же время операция B также берет 1 юань, считывает версию данных = 1, а затем вычитает

В это время операция A завершена, данные загружены, номер версии увеличен на единицу, версия = 2, эта версия больше, чем текущее значение записи 1, поэтому операция обновления завершена.

В это время также завершается операция B, и ее необходимо обновить, номер его версии увеличивается на единицу, версия = 2. Затем при обновлении обнаруживается, что этот номер версии совпадает с номером версии текущая запись.Не удовлетворяет то, что отправленный номер версии должен быть больше, чем текущая запись.Условие номера версии, обновление не разрешено

В это время операция B будет перечитана, и предыдущие шаги будут повторены.

С помощью этого метода мы гарантируем, что операция B не перезапишет значение, обновленное операцией A, обеспечивая синхронизацию данных.

CAS-алгоритм

Алгоритм CAS создается на основе разработки аппаратного обеспечения. Почему, ведь нам нужны эти два атомарных шага

• действовать
• обнаружение столкновений

Но как мы можем гарантировать, что эти два шага безопасны? определенно нельзя использоватьСинхронизация взаимного исключения, если он используется, он больше не является неблокирующим. В это время мы должны полагаться нааппаратные инструкциисейчас,Сделать команды, которые, кажется, имеют много шагов, которые нужно выполнить с помощью одной команды,Например:

• протестировать и настроить
• получить и добавить
• обмен
• Сравнить и поменять местами (CAS)
• Загрузить ссылку/хранить условно (LL/SC)

Первые три — это инструкции, которые существовали очень давно, а последние две — это инструкции, которые есть только у современных процессоров.

шаг

CAS имеет три номера.

• В, место памяти
• А, старое значение
• Б, новое значение

Тогда и только тогда, когда значение V совпадает со значением A, процессор будет использовать значение B для обновления значения в V; в противном случае он не выполняет обновление. (Вышеприведенное сравнение и обновление является атомарной операцией). Как правило, эта операциявращаться, то есть он будет продолжать попытки, пока не закончит

Недостатки CAS

• АВА-проблема
  • Потому что он хочет сравнить, равны ли значение в V и значение в А (точнее, изменилось ли значение в V), но если оно равно, может ли это означать, что он не изменился? значение V Сначала может быть A, затем B, а затем снова A. Очевидно, что таким образом значения V и A равны, но они изменились.
  • Решение состоит в том, чтобы добавить к нему номер версии.
    • При каждом обновлении версия увеличивается на единицу.变成1A -> 2B -> 3A
    • После JDK1.5 есть этот классAtomicStampedReference, то вы можете использоватьcompareAndSetметод. Сначала он проверяет, является ли текущая ссылка ожидаемой ссылкой, а затем проверяет, равен ли текущий флаг ожидаемому флагу.

      

• Длительное время цикла и высокие накладные расходы
  • Если CAS не удался, он продолжит потреблять производительность ЦП.
  • Если JVM может поддерживать предоставленный процессоромpauseИнструкции, производительность будет улучшена в определенной степени
    • Он может задерживать выполнение инструкций в конвейере, чтобы ЦП не потреблял слишком много ресурсов.
    • избегать при выходе из цикла, потому чтоконфликт порядка памятиЭто приводит к опорожнению трубопровода, что повышает производительность.
• Только гарантированные атомарные операции над общей переменной
  • При манипулировании общей переменной можно использовать CAS
  • Если вы работаете с несколькими переменными, вам нужно использовать блокировку или объединить ее в одну переменную.
    • После JDK1.5 естьAtomicReferenceКласс, вы можете поместить несколько переменных в объект, чтобы использовать операции CAS.

выберите

Пессимистичные замки подходят для письма, оптимистичные — для чтения.

• Если операций записи много, будет много конфликтов потоков, поэтому выбирайте в это время пессимистичные блокировки; если много операций чтения, то конфликтов потоков будет меньше, и выбирайте в это время оптимистичные блокировки.

причина

• Есть много операций записи и много ресурсов конкуренции, CAS будет тратить ресурсы процессора из-за раскрутки.
• Больше операций чтения и меньше конкуренции за ресурсы
  • Использование пессимистических блокировок блокирует потоки и переключает потоки между пользовательским режимом и режимом ядра (см. мою статью, Java и потоки)