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【Java ee 初阶】多线程（8）

news 来源：原创 2025/8/16 2:59:13

Synchronized优化：

一、锁升级

锁升级时一个自适应的过程，自适应的过程如下：

在Java编程中，有一部分的人不一定能正确地使用锁，因此，Java的设计者为了让大家使用锁的门槛更低，就在synchronized中引入了很多优化策略。

*首先，根据前面的学习，我们已经初步了解了自旋锁和重量级锁，那么图中的偏向锁是什么？

偏向锁，不是真正加锁，而只是做个标记，如果整个过程中，没有其他线程来竞争这个锁，偏向锁状态就始终保持，直到最终解锁。但是，如果在过程中，遇到其他线程也尝试来竞争这个锁，就可以在其他线程拿到锁之前，抢先获取这个锁。这样子仍然可以使其他线程产生阻塞，保证线程的安全。

锁升级的过程：

1.偏向锁->轻量级锁：说明该线程上发生了锁竞争

2.轻量级锁->偏向锁：竞争更加激烈

那我们如何去了解竞争的激烈程度呢？——JVM内部，统计了这个锁上面有多少个线程在等待获取，这一切都取决于JVM的实现。

而我们作为程序员，关心的是策略，而不是参数，因为参数都是可以调整的，但是策略是不变的。

锁升级，对于当前主流的JVM实现来说，是“不可逆”的，一旦升级了，就无法回头降级了

二、锁消除

有些代码，那你写了加锁，但是在JVM执行的时候会发现，这个地方没必要加锁，因此JVM就会自动把锁给去除掉

例如：我们知道，StringBuilder不带有synchronized，StringBuffer带有synchronized，因此可能有人在单线程环境下就使用StringBuffer，此时这个锁只在一个线程中，因此会被JVM给优化掉。

JVM的优化是一方面，咱们作为程序员，也不能够完全摆烂。

三、锁粗化

首先我们先了解一个概念——锁的粒度。加锁和解锁范围中代码越多，锁的粒度就越粗，反之锁的粒度就越细

如图我们可知这两段代码，上面那一段代码的粒度更粗，下面代码的粒度更细。

获取到一次锁，可能是一件不太容易的事情。因此有的时候，JVM会进行锁粗化，将加锁解锁的次数减少，以此提高效率。synchronized关键字，作为Java的关键字，底层实现是在JVM内部完成的，不是通过Java来实现的，而是通过C++来实现的。

总结：synchronized优化主要体现在：

1.锁升级

2.锁消除

3.锁粗化

四、CAS

CAS，全称compare and swap，比较和交换。

这是一串cas的伪代码（不是严格符合语法等待，知识用来描述一下逻辑）

address：是一个内存地址

expectValue,swapValue：是CPU寄存器

这段代码实现的内容是：拿着内存中的值，和寄存器1的值进行比较，如果二者相等，就把内存和寄存器2的值进行交换。一般来说，只关心内存中值的变化，而不关心寄存器2中发生了什么变化。上述的交换，也可以近似理解成赋值。

注意，上述所有的逻辑，都是通过“一个CPU指令”完成的。一条指令，意味着这是原子的！！没有线程安全的问题。

CPU的特殊指令完成了上述的所有操作—>操作系统封装了这个指令，形成了一个系统的API—>Java中又封装了操作系统的API，由unsafe包进行提供，这里提供的操作，比较底层，可能不安全。

CAS的典型应用

1.实现原子类

可以将原来的三步打包成原子的，通过AtomicInteger，原子的进行++ -- 等操作

例如：

package Thread;public class demo1 {public static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(()->{for(int i=0;i<5000;i++){count++;}});Thread t2 = new Thread(()->{for(int i=0;i<5000;i++){count++;}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);
}}

输出结果：

出现了运算符重载的问题！

什么是运算符重载：运算符重载就是让已有的运算符针对不同的类，也能够有对应的效果，Java并不支持。运算符重载的好处，就是可以用使代码的一致性更高，比如，定义一个类，“复数”通过运算符重载，就可以使得复数类和其他的数字类型相似，都可以进行加减乘除。定义一个矩阵类也可以通过运算符重载。

Java中认为，上述写法，容易被滥用，因此Java并不支持。

package Thread;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class demo1 {private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(()->{for(int i=0;i<5000;i++){//下列这些操作，都是原子的，不加锁也能保持线程安全count.getAndIncrement();//count++//count.incrementAndGet();//++count//count.getAndIncrement();//count++//count.getAndDecrement();//--count//count.GetAndDecrement();//count--//count.getAndAdd(10);//count+=10;}});Thread t2 = new Thread(()->{for(int i=0;i<5000;i++){count.getAndIncrement();//count++}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);
}}

此时的输出：

这样的操作，不仅线程安全，而且效率更高，不涉及到阻塞。因此在实际开发中，如果有这种计数的需求，优先考虑原子类，而不是自己去加锁。

划红线的部分，就是JVM封装过的，比上述谈到的CAS还要更加复杂一点，但是他们的本质是一样的。

伪代码实现：

CAS如果一样，就说明在这两者之前没有其他线程修改value内存，此时就可以安全的对value进行修改了。如果CAS发现有其他线程插队，就会进入循环，重新load。此处的oldValue是寄存器，而不是变量。C语言曾经能够定义寄存器变量，但是后来也废除的，也就只有汇编能够直接操作寄存器了，和之前传统的++相比，在真正进行修改之前，又做了判定。

2.实现自旋锁

CAS实现自旋锁的伪代码

如果owner为null，解锁状态，否则就会保存持有锁的线程的引用。如果锁已经被占用了，这个循环，就会快速地反复地循环。循环体中是没有任何sleep。这是一种消耗cpu，换来尽快地加锁速度。但是，如果锁竞争很激烈，大量的线程都会这样自旋，就会消耗非常多的cpu，那么cpu就负担不起了，锁释放之后，这些线程还是要竞争，还是意味着大量的线程是无法第一时间拿到锁的。

下面的赋值操作天然就是原子的，判定-赋值（check and set），典型的非原子的操作。

CAS的ABA问题

通过CAS来判定，当前load到寄存器的内容和内存的内容是否一致，如果一致，就认为没有其他线程修改过这个变量，接下来本线程的修改就是安全的。

然而，这里面存在着一个缺陷：可能出现这种情况：另一个线程又把内存的值从A改成B，又从B改回了A，此时CAS是感知不到的，仍然会认为没有其他线程修改过的。

ABA问题，通常情况下都是没事的，即使其他线程真的修改了，由于又修改回了原来的值，所以ABA现象不一定给程序引起BUG，但是如果遇到特别极端的场景，那还是有可能的，下面是一个非常极端的例子：

上述场景下，由于ABA问题，导致了重复扣款。

那么，针对ABA问题，我们应该如何解决呢？上述问题之所以出现ABA问题，是因为他针对余额的修改可能加，也可能减，如果改变成“只能加，不能减”，那么就可以解决上述问题。因此，我们引入版本号，约定每次修改，都需要对版本号+1，并且每次CAS比较的时候都是比较版本号是否相同（相同的话，进行版本号+1 和 余额修改）

我们可以定义一个类，包含版本号和余额，如下：

五、Callable接口

callable接口，类似于Runnable，也是属于JUC（java.util.concurrent）这个包的。call自定义返回值，run返回值是void。

接下来让我们利用Callable接口创建一个线程，并且通过这个线程计算1+2+3+...+100

package Thread;import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;public class demo2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {//callable 带有泛型参数 泛型参数就是返回值类型Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int result = 0;for(int i=0;i<=100;i++){result+=i;};return result;};};FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);Thread t = new Thread(futureTask);t.start();//get会阻塞等待线程执行完毕，拿到返回值System.out.println(futureTask.get());
}
}

创建线程的方式：1.继承Thread 2.实现Runnable 3.基于lambda（本质还是Runnable）4.实现Callable 5.基于线程池

六、ReentranLock

ReentrantLock是一把比较传统的锁，在synchronized还不成熟的时候，这个锁就是进行多线程编程加锁的主要方案

package Thread;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class demo3 {private static int count = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ReentrantLock locker = new ReentrantLock();Thread t1 = new Thread(()->{for(int i=0;i<5000;i++){//加锁locker.lock();count++;//解锁locker.unlock();}});Thread t2 = new Thread(()->{for(int i=0;i<5000;i++){locker.lock();count++;locker.unlock();}   });t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}}

这种写法，容易把unlock遗漏

换成这种写法，不太美观

区别与联系

1.synchronized是一个关键字，是JVM内部实现的（大概率是基于C++实现）

   ReentrantLock是标准库的一个类，在JVM外实现的（基于Java实现的）

2.synchronized使用的时候不需要手动释放锁

  ReentantLock使用的时候需要手动释放，使用的时候更加灵活，但是也容易遗漏。

3.synchronized是非公平锁，ReentrantLock默认是非公平锁，可以通过构造方法传入一个true开启公平锁模式

4.synchronized在申请锁失败的时候会死等，ReentrantLock可以通过trylock的方式等待一段时间就放弃（这是synchronized不具备的特点，trylock加锁失败的时候会直接放弃）

5.ReentrantLock拥有更强大的唤醒机制，synchronized是通过Object的wait /notify实现 等待-唤醒。每次唤醒的是一个随机等待的线程 ReentrantLock搭配Condition类来实现等待-唤醒，九二一更加精确控制唤醒某个指定的线程

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HunyuanVideo: A Systematic Framework For Large Video Generative Models 原文摘要 研究背景与问题 视频生成的变革性影响&#xff1a;近期视频生成技术的进步深刻改变了个人生活与行业应用。 闭源模型的垄断&#xff1a;主流视频生成模型&#xff08;如Runway Gen-3、Luma …...

编程日记 2025/8/15 6:38:54

Search After+PIT 解决ES深度分页问题

1.深分页和search after 原理 深分页 (from/size)search_after数据定位全局排序后跳过前 N 条基于上一页最后一条的排序值定位排序开销每次请求重新全局排序 (O(N))仅首次全局排序&#xff0c;后续游标跳转 (O(1))内存消耗堆内存存储完整结果集 (高风险OOM)无堆内存累积 (安全…...

编程日记 2025/8/16 5:46:24

c语法高阶—（联合体，枚举，位域，编译器，宏定义，条件编译，条件编译，头文件）

目录 一 联合体&#xff08;重要&#xff09; 特性 总结 二 枚举&#xff08;重要&#xff09; 特性 总结&#xff1a; 三 位域&#xff08;了解&#xff09; 定义 特性 使用场景 优缺点分析表 位域的特点和使用方法 总结&#xff1a; 四 编译器&#xff08;linux…...

编程日记 2025/8/16 5:46:22

SQL Server To Paimon Demo by Flink standalone cluster mode

需求&#xff1a;使用 Flink CDC 测试 SQL Server 连接 Paimon 操作&#xff1a;启动 Flink standalone cluster 后&#xff0c;接着启动 Flink SQL Client&#xff0c;则通过 Flink SQL Client 提交 insert & select job 到该 8081 cluster Flink SQL Client 执行案例 -…...

编程日记 2025/8/16 5:46:19

常用设计模式在 Spring Boot 项目中的实战案例

引言​ 在当今的软件开发领域&#xff0c;Spring Boot 以其高效、便捷的特性成为构建 Java 应用程序的热门框架。而设计模式作为软件开发中的宝贵经验总结&#xff0c;能够显著提升代码的可维护性、可扩展性和可复用性。本文将深入探讨几种常用设计模式在 Spring Boot 项目中的…...

编程日记 2025/8/16 5:46:17

4、反应釜压力监控系统 - /自动化与控制组件/reaction-vessel-monitor

76个工业组件库示例汇总 反应釜压力监控组件 这是一个用于反应釜压力监控的自定义组件&#xff0c;专为化工厂反应釜压力监控设计。采用苹果工业风格界面&#xff0c;简洁优雅&#xff0c;功能实用&#xff0c;易于使用。 功能特点 实时压力可视化&#xff1a;直观展示反应…...

编程日记 2025/8/16 5:46:15