Java并发基础

简介: 并发:多个线程操作相同的资源,保证线程安全,合理使用资源高并发:服务能同时处理很多请求,提高程序性能 (12306抢票,双十一)关于高并发的一些基础的概念CPU多级缓存在Cache(高速缓存出现之后,系统变得更加复杂,高速缓存与主存之间的差异被拉大。

并发:多个线程操作相同的资源,保证线程安全,合理使用资源

高并发:服务能同时处理很多请求,提高程序性能 (12306抢票,双十一)

关于高并发的一些基础的概念

CPU多级缓存

img_1d7752e431b161dd3536ee6e0e127886.png

在Cache(高速缓存出现之后,系统变得更加复杂,高速缓存与主存之间的差异被拉大。因此出现二级缓存和三级缓存,二级缓存比高速缓存速度更慢,但空间更大。)

为什么需要CPU多级缓存?
img_46a463ced2ba11c9668024ac30ea26b6.png

img_d5d9ed1273d5425af79461a5942ceb22.png
缓存的意义
CPU缓存一致性(MESI)

https://www.cnblogs.com/yanlong300/p/8986041.html

img_86623dadb2bcc13356433439197cda63.png

img_60248074b7fa574d6ae3c0329410b79c.png
通过这四种状态,保证多核CPU缓存之间的数据一致性


CPU乱序执行优化

乱序执行(out-of-order execution)是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。比方Core乱序执行引擎说程序某一段有7条指令,此时CPU将根据各单元电路的空闲状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后,将能提前执行的指令立即发送给相应电路执行。
https://blog.csdn.net/andy2019/article/details/79783952



Java内存模型(Java Memory Model, JMM)

img_6945c2c5586a10f5fcc897320082d144.png
左侧为jvm的内存模型,线程栈用于存放本地变量,heap用于存放对象。heap大小可变,速度较慢,线程栈速度较快,大小不变。在线程栈访问heap时,实际上先在线程栈中拥有了一份heap中对象的私有拷贝



img_4c41ed07466ec7da17757e64025822a5.png
Java内存模型和硬件之间的一些对应关系



img_70e385df89fae77472d92f7eac39d135.png
Java内存模型抽象图,线程之间通讯必须经过主内存。


Java内存模型同步八种操作

(1)lock(锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标记为一条线程独占状态
(2)unlock(解锁):作用于主内存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定
(3)read(读取):作用于主内存的变量,把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用
(4)load(载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中
(5)use(使用):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎
(6)assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量
(7)store(存储):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write的操作
(8)write(写入):作用于工作内存的变量,它把store操作从工作内存中的一个变量的值传送到主内存的变量中
如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存中,就需要按顺序地执行read和load操作,如果把变量从工作内存中同步到主内存中,就需要按顺序地执行store和write操作。但Java内存模型只要求上述操作必须按顺序执行,而没有保证必须是连续执行。

同步规则

1)不允许一个线程无原因地(没有发生过任何assign操作)把数据从工作内存同步会主内存中
2)一个新的变量只能在主内存中诞生,不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化(load或者assign)的变量。即就是对一个变量实施use和store操作之前,必须先自行assign和load操作。
3)一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一线程重复执行多次,多次执行lock后,只有执行相同次数的unlock操作,变量才会被解锁。lock和unlock必须成对出现。
4)如果对一个变量执行lock操作,将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量之前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。
5)如果一个变量事先没有被lock操作锁定,则不允许对它执行unlock操作;也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。
6)对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步到主内存中(执行store和write操作)

img_6e68dbc1ccef2a8ecdb4a4cac8c1782f.png
同步操作和规则


并发的优势与风险

img_7fe21b4fd459ef4890c9008951d5e46a.png


并发模拟工具

  • PostMan
  • apache bench
  • Jmeter
代码并发模拟

package com.ice.concurrency;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.*;

@Slf4j
public class ConcurrencyTest {

    public static int clientTotal = 5000;

    public static int threadTotal = 200;

    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for(int i = 0;i<clientTotal;i++){
            executorService.execute(()->{
                try {
                    semaphore.acquire();
                    add();
                    semaphore.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();

        log.info("count:{}",count);
    }

    private static void add(){
        count++;
    }
}

目录
相关文章
|
4月前
|
安全 Java 编译器
揭秘JAVA深渊:那些让你头大的最晦涩知识点,从泛型迷思到并发陷阱,你敢挑战吗?
【8月更文挑战第22天】Java中的难点常隐藏在其高级特性中,如泛型与类型擦除、并发编程中的内存可见性及指令重排,以及反射与动态代理等。这些特性虽强大却也晦涩,要求开发者深入理解JVM运作机制及计算机底层细节。例如,泛型在编译时检查类型以增强安全性,但在运行时因类型擦除而丢失类型信息,可能导致类型安全问题。并发编程中,内存可见性和指令重排对同步机制提出更高要求,不当处理会导致数据不一致。反射与动态代理虽提供运行时行为定制能力,但也增加了复杂度和性能开销。掌握这些知识需深厚的技术底蕴和实践经验。
86 2
|
4月前
|
安全 Java 调度
解锁Java并发编程高阶技能:深入剖析无锁CAS机制、揭秘魔法类Unsafe、精通原子包Atomic,打造高效并发应用
【8月更文挑战第4天】在Java并发编程中,无锁编程以高性能和低延迟应对高并发挑战。核心在于无锁CAS(Compare-And-Swap)机制,它基于硬件支持,确保原子性更新;Unsafe类提供底层内存操作,实现CAS;原子包java.util.concurrent.atomic封装了CAS操作,简化并发编程。通过`AtomicInteger`示例,展现了线程安全的自增操作,突显了这些技术在构建高效并发程序中的关键作用。
72 1
|
23天前
|
存储 设计模式 分布式计算
Java中的多线程编程:并发与并行的深度解析####
在当今软件开发领域,多线程编程已成为提升应用性能、响应速度及资源利用率的关键手段之一。本文将深入探讨Java平台上的多线程机制,从基础概念到高级应用,全面解析并发与并行编程的核心理念、实现方式及其在实际项目中的应用策略。不同于常规摘要的简洁概述,本文旨在通过详尽的技术剖析,为读者构建一个系统化的多线程知识框架,辅以生动实例,让抽象概念具体化,复杂问题简单化。 ####
|
2月前
|
存储 缓存 Java
java基础:IO流 理论与代码示例(详解、idea设置统一utf-8编码问题)
这篇文章详细介绍了Java中的IO流,包括字符与字节的概念、编码格式、File类的使用、IO流的分类和原理,以及通过代码示例展示了各种流的应用,如节点流、处理流、缓存流、转换流、对象流和随机访问文件流。同时,还探讨了IDEA中设置项目编码格式的方法,以及如何处理序列化和反序列化问题。
82 1
java基础:IO流 理论与代码示例(详解、idea设置统一utf-8编码问题)
|
28天前
|
Java 数据库连接 数据库
如何构建高效稳定的Java数据库连接池,涵盖连接池配置、并发控制和异常处理等方面
本文介绍了如何构建高效稳定的Java数据库连接池,涵盖连接池配置、并发控制和异常处理等方面。通过合理配置初始连接数、最大连接数和空闲连接超时时间,确保系统性能和稳定性。文章还探讨了同步阻塞、异步回调和信号量等并发控制策略,并提供了异常处理的最佳实践。最后,给出了一个简单的连接池示例代码,并推荐使用成熟的连接池框架(如HikariCP、C3P0)以简化开发。
48 2
|
2月前
|
Java
【编程进阶知识】揭秘Java多线程:并发与顺序编程的奥秘
本文介绍了Java多线程编程的基础,通过对比顺序执行和并发执行的方式,展示了如何使用`run`方法和`start`方法来控制线程的执行模式。文章通过具体示例详细解析了两者的异同及应用场景,帮助读者更好地理解和运用多线程技术。
29 1
|
3月前
|
安全 Java API
【Java面试题汇总】Java基础篇——String+集合+泛型+IO+异常+反射(2023版)
String常量池、String、StringBuffer、Stringbuilder有什么区别、List与Set的区别、ArrayList和LinkedList的区别、HashMap底层原理、ConcurrentHashMap、HashMap和Hashtable的区别、泛型擦除、ABA问题、IO多路复用、BIO、NIO、O、异常处理机制、反射
【Java面试题汇总】Java基础篇——String+集合+泛型+IO+异常+反射(2023版)
|
3月前
|
Java API 容器
JAVA并发编程系列(10)Condition条件队列-并发协作者
本文通过一线大厂面试真题,模拟消费者-生产者的场景,通过简洁的代码演示,帮助读者快速理解并复用。文章还详细解释了Condition与Object.wait()、notify()的区别,并探讨了Condition的核心原理及其实现机制。
|
4月前
|
存储 Java
Java 中 ConcurrentHashMap 的并发级别
【8月更文挑战第22天】
56 5
|
4月前
|
存储 算法 Java
Java 中的同步集合和并发集合
【8月更文挑战第22天】
47 5