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如何掌握牢靠Go语言的容器? 容器相对来说更偏重细节一些,如果想掌握的更牢靠的话呢,还是要多看一下代码,重点给大家几个提示 Go语言的并发初步有哪两个特别重要的特点? **GO语言的协程并发操作或者说协程的资源池,其调度策略有两个: ** 1、没有优先级,没有API能设置优先级,正是因为它一切都是靠Go语言自身的一个调度器来听调度,才能保证它的高效率,这点非常重要。 2、调度的策略是可抢占的,假如说一个任务它长时间的占用CPU,那么它是有可能被购入天的这个调度器给其抢占过来,让其其的任务来做运行,这是两个最重要的特点。 GO语言调度的单元goroutine的应用场景是什么? 使用JAVA或者C编写网络程序时,一个线程来处理一个http请求, 但是对于资源的利用率不高。而Go语言实现了轻量级线程的机制,GO语言在底层封装了所有的系统调用,自己实现了一个调度器,这种设计在操作系统的代码中非常多见。比如现代的操作系统基本都会封装一个软件的Timer,同时可以提供上万个软Timer同时工作,而这只是基于数量很少的硬件timer实现的,而GO语言中的并发也是如此,他是基于线程的调度池,这种调度的单元在Go语言中被称为goroutine。 GO语言与其它并发模型最大的区别是什么? 宏观GO语言与其它并发模型最大的不同,就是其推荐使用通信的这种方式来替代共享内存。当资源需要在goroutine之间进行共享的时候,实际上就是这个资源,或者说这个信息通过通道在goroutine之间进行通信的过程。因为这个锁,一般来说都是用在这个共享内存当中的,因为如果说大家阅读GO语言的相关代码,就可以看到这个channel,它实际上是基于锁来保证并发安全。 然而,这也不代表GO语言当中只能使用channel来进行一些操作,其也具备锁这方面的知识。因为现实当中,这个锁还是有一定它现实的意义和现实的要求,因为这个锁它最关键的一个意义就是它能保证资源能在并发的操作当中有一个合理的调度情况和调度策略。其中跟这个最重要,或者说最关联性最强的一个概念就是原子操作。 GO语言中的原子操作具体实现过程是怎样的? 对于原子操作,在其逻辑下,按照它书面的定义上来讲,是指不会被调度器打断的操作。对原子操作实际上就是不存在中间状态的一种操作,要不就全成功,要不全失败,这个在我们在用并发方式来调动某任务,或者说来设计某种并发系统的情况下,这种名字操作我发现是非常重要的设计理念之一。 并发与并行具体概念及实际区分是怎样的? 有一个比较重要的一个概念,就是并发与并行,其实并发与并行,它实际上具体的含义是不一样的,并发实际上是把任务在不同的时间点交给同样一个处理器来进行处理,在同一个时间点,任务不会同时进行,只是任务感觉自己正在执行,因为其那会儿可能正在堵塞状态或者说是就绪状态,其不知道自己被暂停了,以为已经被调度走了,可能自己没有感知,但是实际上CPU所有权已经不在这个任务身上了。 并行比并发更高级一些,它实际上是把每个任务都交给独立的处理器去进行完成,但同一时间点,任务在一定程度上实际上是同时在执行的。一般来说,并发的性能是要比并行更重要一些,在1.5版本之前,我们需要人工去设置GO调度器最多能运行在多少个CPU上,但是在最新的GO版本当中,已经不需要这个相关的操作。 详细介绍一下并发程序中的竞争态? 并发系统设计最初始的这一个概念就是并发程序设计当中一个竞合的概念,或者也叫竞争态。假如说我要记录一个文件的阅读量,但是这个文件或者说这个网页,可能它的阅读渠道有非常多,有可能通过引擎通过微信通过APP等等这些渠道,这些渠道的话呢,它的阅读也都是并发的,这就会涉及到同样一个变量,被多个协程的所共同访问的情况。具体代码如下: 对于GO语言并发体系中的主推的通信机制是什么? channel是GO语言并发体系中的主推的通信机制,它可以让一个 goroutine 通过它给另一个 goroutine 发送值信息。每个 channel 都有一个特殊的类型,也就是 channels 可发送数据的类型。一个可以发送 int 类型数据的 channel 一般写为 chan int。 GO语言当中,它实际上是大家协同的机制,通过这种方式让几个goroutine之间做达到一个协调的效果,那么每个goroutine当中,实际上channel都是一个特殊的类型,它实际上是可以发送数据。比如现在想发送一个int类型的数据,那么channel就要定义一个发送int数据的一个管道。 那么GO语言当中,提倡使用通讯的方式来代替共享内存的方式来做goroutine,或者说并发之间的一个协同。channel如果我们后续阅读它的代码就会知道,它是保证协程安全,并且它遵循这个先入先出的原则来让这个储蓄方读取获得数据,而且它能保证顺序,正是这两个特性,可以让这个channel替代共享内存,因为它的如果顺序有所改变的话,它实际上也是有会有问题。 详细介绍GO语言中关于通道的声明涉及哪些方面? 1.经典方式声明 通过使用chan类型,其声明方式如下: var name chan type 其中type表示通道内的数据类型;name:通道的变量名称,不过这样创建的通道只是空值 nil,一般来说都是通道都是通过make函数创建的。 2.make方式 make函数可以创建通道格式如下: name := make(chan type) 3.创建带有缓冲的通道 后面会讲到缓冲通道的概念,这里先说他的定义方式 name := make(chan type, size) 其中type表示通道内的数据类型;name:通道的变量名称,size代表缓冲的长度。 具体介绍通道数据收发的详细过程有哪些? 通道的数据发送 通道当中发送数据的操作服务是这样的这样的一个大于号加上一个减号。 chan <- value 注意,如果是发送给一个没有缓冲的一个通道。假如说数据没有被接收的话,那么这个发送操作将持续被注册,也就是说就是channel这个语句就直接被注册到这,假如说没有任何的协程去读到他或者其他语句去读到这个产品,那么这个语句就被注册掉了。但GO语言是能发现的,如果其一直在堵塞的话,那实际上就造成死锁,GO语言的编译器实际上能发现的有点错误。 假如说,首先创建一个int型的通道,然后直接尝试发送一个数据给它,编译会报错,然后呢,数据的这个数据的接收的话,实际上就是把这个点号的位置跟那个大于号的位置做了一个调换。其实把这个双方的位置做了一个调换之后,是实际上就是都做了一个允许的操作。这其中的话呢,还有一种比较特殊的一个读取操作是其可以忽略到接收到的数据,因为不管管道中发出的数据,如果没读的话就堵塞到这,那么如果你觉得这个语句你也不需要,那么你可以把那个变量给它忽略掉。 2.通道的数据接收 通道接收数据的操作符也是<-,具体有以下几种方式 - 1) 阻塞接收数据 阻塞模式接收数据时,将接收变量作为<-操作符的左值,格式如下: data := <-ch 执行该语句时将会阻塞,直到接收到数据并赋值给 data 变量。 如需要忽略接收的数据,则将data变量省略,具体格式如下: <-ch - 2) 非阻塞接收数据 使用非阻塞方式从通道接收数据时,语句不会发生阻塞,格式如下: data, ok := <-ch 非阻塞的通道接收方法可能造成高的 CPU 占用,因此使用非常少。一般只配合select语句配合定时器做超时检测时使用。 关于通道数据收发有哪些需要注意的事项? 通道数据在进行输入收发的时候,必须要在两个不同的goroutine当中进行,因在同一个goroutine当中,收发的这些语句实际上都是堵塞的,你可能在同一个goroutine当中,它的这个函数已经在那边阻塞住了,或者说程序已经在那边阻塞住了,它已经停在那了,你后面有一句你能执行不到,所以说通道的收发必须在两个不同的goroutine之间来进行,在同一个goroutine之间的这个收发操作的话,实际上是没有意义的。 接收将持续堵塞,直到发送方发送出去,如果接收方接收,然后通道中没有发送方数据时,接收方也会发送,直到发送方到发送数据为止。就是刚才说的这个一体两面,这个发送方假如说没有人读的话,发送方会堵塞,假如说没有人写的话,那么接收方也会发生堵塞,这两边实际上都会有一个堵塞的情况。那么这个通道的收发的话呢,一般来说一次只能收一一个元素,假如说这个是一个有缓冲的一个通道,我通过一次不操作的话,实际上也只不过读出一个元素。不能把它一些缓冲区所有元素都读出来。 聊一下生产者消费者模式具体内容有哪些? 介绍一下生产者消费者模式,从GO语言的这个并发模型来看,也就是说假如说咱们站在一个比较高的一个高度来看,其实利用channel的确能达到共享内存的目的。这个channel的性质与在读写状态且保证顺序的共享内存并无不同。甚至我们可以说这个是基于消息队列的封装程度可以比共享内存来的更安全,所以说呢,这个在这个GO语言当中,或者说在GO语言的这个设计风格当中的话呢,其这个生产者消费者模式实现起来会相对来说比较简单一些。我们先介绍一下什么是生产者消费者。 就这个这这张图当中的话呢,就是一个典型的那种消费的问题, 就是说我是生产者的话我会生产一些产品,然后放到这个仓库当中,消费者的话会从那个仓库当中去取商品,这个可以说是消息队列,还有包括卡夫卡那些比较经典的相应队列当中,都会用到的这么一个设计模式,或者说其们从本质上来说的话,都是基于这样一个设计模式,交易的生产者是谁?消费者是谁?这个消息队列的话是。这个生产者消费者模式的话呢,实际上也成为有缓冲有限缓冲问题,它是一个并发的一个经典的案例,因为我们知道这个商品仓库的库房大小是有限的,也就是说生产者不能无限的去生产商品,一旦这个库房爆掉的话,它是它是必须要中止自己的生产,消费者也是不能无限地获取消息。 假如仓库是空的话,那这个消费者的这个相关的情况也需要被阻塞。那么怎么在这个生产者跟消费者之间保证商品不丢失。这就是生产者与消费者之间最核心的内容。先来看一下这个Java当中生产者消费者的这种实现到底是什么样的。这个可以说是一个最经典的这么样一个实现。这个Java当中是没有channel,那么它只能通过什么呢,只能通过信号量和一个一个log,也就是说一个忽视服务态度,这两个这两个配合信号量和所配合才能共同完成,这样一个生产者消费者这么一个相关的工作。 GO语言并发实战详细过程梳理 在现在这个远程办公的这一个大的背景下,积累了大量重复的文件,因为很可能大家都不断的在不同的群里发相同的文件,发相同的这个报表,以及一些相同的视频等等这些需要学习的材料,那么怎么把这些文件都找出来,然后把这些相同文件都给删掉了,这实际上是并发课的一个实践的一个内容,因为这个创业型的这个方案的话,它的代码相对来说比较长。 如何使用GO语言清理PC机中的文件,详细代码及注释如下: package main import ( // "fmt" // fmt 包使用函数实现 I/O 格式化(类似于 C 的 printf 和 scanf 的函数), 格式化参数源自C,但更简单 "io/ioutil" //"sync" //"time" ) func PrintRepreatFile(path string, fileNameSizeMap map[string]int64, exFileList []string) { fs, _ := ioutil.ReadDir(path) for _, file := range fs { if file.IsDir() { PrintRepreatFile(path+"/"+file.Name(), fileNameSizeMap, exFileList)//遍历整个文件系统,如果是目录则递归调用 } else { if file.Size() > 1000000 {//设定文件清理阈值,如果大于一定大小再进行清理 fileSize := fileNameSizeMap[file.Name()]//通过查哈希表的方式来确定,有无重名且大小相同的文件。 if fileSize == file.Size() { fmt.Println(path + "/" + file.Name())//如果有则打印出来 exFileList = append(exFileList, path+file.Name())//将结果记入切片当中 } else { fileNameSizeMap[file.Name()] = file.Size() } } } } } func main() { //方式一 fileNameSizeMap := make(map[string]int64, 10000) exFileList := make([]string, 100, 1000) PrintRepreatFile("E:/test", fileNameSizeMap, exFileList) } 这个程序在GO语言的环境下可以直接运行使用,其中有几个知识点,也是咱们前文提到过的,首先是切片的大小一定要设定的相对合适一些,如果容量不够大造成频繁扩容非常浪费资源。二是哈希表也就是map没有并发安全的属于,在我们这个未引入并发的程序中可以使用,如果有并发操作,那么map不再适用了。 可能很多人被GO语言的在并发性能所吸引入坑的,GO语言之父也就是UNIX之父Ken Thompson明显给出了很多建议,根据笔者在操作系统方面的相关经验来看,GO语言设计中经常参考UNIX内核的设计思路。比如硬定时器的数量有限,无法满足系统实际运行需要,所以在内核代码中就会看到基于硬件定时器的软件定时器的方案,而软件定时器的数量可以比硬件定时器多几百倍。 这样的理念明显融合到了 goroutine之中,由于其它编程语言往往直接通过系统级别的线程来实现并发功能,但是这样的方式往往会是大马拉小车,造成系统资源的浪费。因此GO语言封装了所有的系统操作,实现了更加轻量级的协程-goroutine。只要使用关键字(go)就可以启动协程,对比C++、JAVA的多线程并发模型,GO的协程更简单明了。 当然协程之间的消息通信与并发控制也是非常重要的一环。在GO语言借鉴了Message Queue的消息队列机制替代共享内存的方式进行协程间通信,其中管道channel作为基本的数据类型,保证并发时的操作安全。而且管道的引入还带来很多实践中非常实用的功能,比如可以方便实现生产者、消费者等并发设计模式,而这些设计模式在其它使用共享存内存的并发模型中实现起相关功能来非常的繁锁。 在GO语言中在调用函数前加入go 关键字,就能启动一个协程,也就是一个并发,但是我们上面的程序如果把调用方式改为: go PrintRepreatFile("E:/test", fileNameSizeMap, exFileList) 你会发现程序会直接退出,什么都没做,所以GO语言的并发对于初学者来说还是有一定门槛的,比如上例中如果想设计成一个并行的程序,如何让多个协程共同来帮忙找出重复的文件其实还是要费一番周折的。

剑曼红尘 2020-04-13 11:06:46 0 浏览量 回答数 0

问题

对症下药:Tomcat停机过程分析与线程处理方法

驻云科技 2019-12-01 21:36:46 4001 浏览量 回答数 0

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引用来自“anjingyuws”的答案 引用来自“fcsong000833”的答案 测试了一上午发现原来不是C调用java接口出了问题,而是在java调用C接口时出问题,如下C接口 int Java_com_example_jni_jni_jniRead( JNIEnv* env, jobject obj, jbyteArray data, jint datalen){  jbyte *s8data;   s8data = (*env)->GetByteArrayElements(env,data,0); //以下两句存在不存在都一个样  (*env)->DeleteLocalRef(env, s8data); s8data = NULL; return 0; } 就这么个简单接口调用N(大概900多次)就崩溃,屏蔽GetByteArrayElements 正常,请教是什么原因呢,该如何修改?? GetByteArrayElements之后是需要ReleaseByteArrayElements的 至于主贴中的问题,个人猜想还是因为那个init中NewObject导致局部引用表溢出崩溃的首先保证这个方法真的只调用一次(可以通过在init中输出LOG查看,或者通过引用计数之类的方法),而且对于需要在其他函数中调用的情况,还应该保证mTestProvider为GlobalRef,也就是修改NewObject为NewGlobalRef,但切记在不使用的时候DeleteGlobalRef 这段代码看起来问题还是蛮多的: "SendJ = (*jniEnv)->GetMethodID(jniEnv, TestProvider, "javaSend","([BI)I");    if(NULL == obdSendJ)return 5;" 这个SendJ和下面的obdSendJ有啥关系? "if(nativeMethod_firstcall == 1)CtoJavaInit();" 这里面的nativeMethod_firstcall什么时候赋值的?都怎么操作了? 我针对你的需求把你的代码修改了一下,你看看能不能符合要求吧: static jobject g_testProvider = NULL; static jmethodID g_sendJ = NULL; static int g_inited = 0; int CtoJavaInit(JNIEnv * env) {     int res = 0;     jmethodID ctrId = NULL;     jclass cls = (*env)->FindClass(env, "com/example/jni/C2jni");     if (NULL == cls)     {         res = 2;         goto end_func;     }     ctrId = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");     if(NULL == ctrId)     {         res = 3;         goto end_func;     }     g_testProvider = (*env)->NewGlobalRef(env, cls, ctrId);     if(NULL == g_testProvider)     {         res = 4;         goto end_func;     }     // 其实javaSend的参数没必要添加长度,Java中数组本身是知道自身长度的     g_sendJ = (*env)->GetMethodID(env, cls, "javaSend","([BI)I");     if(NULL == g_sendJ)     {         res = 5;         goto end_func;     } end_func:     (*env)->DeleteLocalRef(env, cls);     return res; } int cSend(JNIEnv * env, char * data, int datalen) {     int len, intresult;     jbyteArray bytes = NULL;     if(NULL == g_testProvider || NULL == g_sendJ)     {         return 0;     }     if(NULL == data || datalen > 128)     {         return 0;     }     bytes = (*env)->NewByteArray(env, datalen);     if(NULL == bytes)     {         return 0;     }     (*env)->SetByteArrayRegion(env, bytes, 0, datalen, (const jbyte *)data);     (*env)->CallIntMethod(env, g_testProvider, g_sendJ, bytes, datalen);     (*env)->DeleteLocalRef(env, bytes);     return datalen; } JNIEXPORT void JNICALL Java_nativeMethod (JNIEnv * env, jclass thiz) {     // 这里比较好的做法是将init和cleanup分别在Java端应用开始时和结束时调用,比如onCreate和onDestroy中调用     char *sendtest = "test...";     if (g_inited == 0)     {         CtoJavaInit(env);         g_inited = 1;     }     cSend(env, sendtest, strlen(sendtest));     CtoJavaCleanup(env); } void CtoJavaCleanup (JNIEnv * env) {     if (g_testProvider != NULL)     {         (*env)->DeleteGlobalRef(env, g_testProvider);         g_testProvider = NULL;     } } 不好意思,上面的代码有些错误: JNIEXPORT void JNICALL Java_nativeMethod (JNIEnv * env, jclass thiz) {     // 这里比较好的做法是将init和cleanup分别在Java端应用开始时和结束时调用,比如onCreate和onDestroy中调用     char *sendtest = "test...";     if (g_inited == 0)     {         CtoJavaInit(env);         g_inited = 1;     }     cSend(env, sendtest, strlen(sendtest));     // 找个合适的地方调用     // 尽量还是把初始化和资源清理单独调用的好……     // CtoJavaCleanup(env); } ######回复 @fcsong000833 : 还有个问题忘了说,JNIEnv是针对线程有效的,所以尽量不要通过变量保存其指针,最好每次都使用JNI方法传过来的参数,如果需要在一些已经定义好的回调接口中使用,应该用JavaVM的AttachCurrentThread来获取当前线程的JNIEnv######非常感谢,虽然现在用其他方式暂时规避了这个问题,但这个代码还是很有价值。谢谢###### 问题没解决啊 , 继续请求帮忙 .... ######建议去iteye的高级语言虚拟机群问问###### 引用来自“南湖船老大”的答案 建议去iteye的高级语言虚拟机群问问 还是喜欢这里,高手啊 .... ######何必呢,在JE里面马上就有回答的。###### 引用来自“fcsong000833”的答案 引用来自“南湖船老大”的答案 建议去iteye的高级语言虚拟机群问问 还是喜欢这里,高手啊 .... 论会员技术水平,iteye远高于osc,毕竟那里底子厚 ######什么错误?###### 引用来自“南湖船老大”的答案 引用来自“fcsong000833”的答案 引用来自“南湖船老大”的答案 建议去iteye的高级语言虚拟机群问问 还是喜欢这里,高手啊 .... 论会员技术水平,iteye远高于osc,毕竟那里底子厚 注册后还得闭嘴一天   哎 。。。 ###### 引用来自“michaely”的答案 什么错误? A: java应用 B: java通讯接口 C: JNI中的C接口 C调用B A循环调用C,N次(200次左右)软件崩溃, 我也崩溃了 ,找不到头绪。。。 ###### 宏哥来给你终极解决方案吧 需要和C集成的地方, 用python.   python可以暴露web借口给 java。 其实lua也可以。  jvm是一个平台, 设计到和操作系统直接沟通的地方, 用jni就是自找麻烦。 “ decision over convention, convention over configuration" 这就是为什么要坚持两个凡是的原因 ######回复 @郭煜 : android中实现http协议太简单了######用C简单实现一个http协议也是可以的,这么做过,不依赖任何库,代码量也不大,但是是单线程阻塞模型的。

kun坤 2020-06-14 10:35:01 0 浏览量 回答数 0

问题

在 berserkJS 中无缝使用 Wind.js:报错

kun坤 2020-06-07 14:00:40 0 浏览量 回答数 1

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HashMap HashMap 底层是基于 数组 + 链表 组成的,不过在 jdk1.7 和 1.8 中具体实现稍有 不同 其实1.7一个很明显需要优化的地方就是: 当 Hash 冲突严重时,在桶上形成的链表会变的越来越长,这样在查询时的效 率就会越来越低;时间复杂度为 O(N)。 因此 1.8 中重点优化了这个查询效率。 1.8 HashMap 结构图 JDK 1.8 对 HashMap 进行了修改: 最大的不同就是利用了红黑树,其由数组+链表+红黑树组成。 JDK 1.7 中,查找元素时,根据 hash 值能够快速定位到数组的具体下标, 但之后需要顺着链表依次比较才能查找到需要的元素,时间复杂度取决于链 表的长度,为 O(N)。 为了降低这部分的开销,在 JDK 1.8 中,当链表中的元素超过 8 个以后,会 将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。 JDK 1.8 使用 Node(1.7 为 Entry) 作为链表的数据结点,仍然包含 key, value,hash 和 next 四个属性。 红黑树的情况使用的是 TreeNode。 根据数组元素中,第一个结点数据类型是 Node 还是 TreeNode 可以判断该位 置下是链表还是红黑树。 核心成员变量于 1.7 类似,增加了核心变量,如下表。 属性说明TREEIFY_THRESHOLD用于判断是否需要将链表转换为红黑树的阈值,默认 为 8。 put步骤: 判断当前桶是否为空,空的就需要初始化(resize 中会判断是否进行初始 化)。 根据当前 key 的 hashcode 定位到具体的桶中并判断是否为空,为空表明没有 Hash 冲突就直接在当前位置创建一个新桶即可。 如果当前桶有值( Hash 冲突),那么就要比较当前桶中的 key、key 的 hashcode 与写入的 key 是否相等,相等就赋值给 e,在第 8 步的时候会统一进 行赋值及返回。 如果当前桶为红黑树,那就要按照红黑树的方式写入数据。 如果是个链表,就需要将当前的 key、value 封装成一个新节点写入到当前桶的 后面(形成链表)。 接着判断当前链表的大小是否大于预设的阈值,大于时就要转换为红黑树。 如果在遍历过程中找到 key 相同时直接退出遍历。 如果 e != null 就相当于存在相同的 key,那就需要将值覆盖。 后判断是否需要进行扩容. get 方法看起来就要简单许多了。 首先将 key hash 之后取得所定位的桶。 如果桶为空则直接返回 null 。 否则判断桶的第一个位置(有可能是链表、红黑树)的 key 是否为查询的 key,是 就直接返回 value。 如果第一个不匹配,则判断它的下一个是红黑树还是链表。 红黑树就按照树的查找方式返回值。 不然就按照链表的方式遍历匹配返回值。 从这两个核心方法(get/put)可以看出 1.8 中对大链表做了优化,修改为红黑树之 后查询效率直接提高到了 O(logn)。 但是 HashMap 原有的问题也都存在,比如在并发场景下使用时容易出现死循环。 但是为什么呢?简单分析下。 看过上文的还记得在 HashMap 扩容的时候会调用 resize() 方法,就是这里的并 发操作容易在一个桶上形成环形链表;这样当获取一个不存在的 key 时,计算出的 index 正好是环形链表的下标就会出现死循环。 如下图: HashTable HashTable 容器使用 synchronized来保证线程安全,但在线程竞争激烈的情况下 HashTable 的效 率非常低下。 当一个线程访问 HashTable 的同步方法时,其他线程访问 HashTable 的同步方 法可能会进入阻塞或轮询状态。 HashTable 容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因,是因为所有 访问它的线程都必须竞争同一把锁,假如容器里有多把锁,每一把锁用于锁容 器其中一部分数据,那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时,线程间就 不会存在锁竞争,从而可以有效的提高并发访问效率,这就是 ConcurrentHashMap(JDK 1.7) 使用的 锁分段技术。 ConcurrentHashMap 将数据分成一段一段的存储,然后给每一段数据配一把 锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数据也能被其他 线程访问。 有些方法需要跨段,比如 size() 和 containsValue(),它们可能需要锁定整个表 而不仅仅是某个段,这需要按顺序锁定所有段,操作完毕后,又按顺序释放所 有段的锁。 按顺序 很重要,否则极有可能出现死锁,在 ConcurrentHashMap 内部,段数 组是 final 的,并且其成员变量实际也是 final 的,但是,仅仅是将数组声明为 final 的并不保证数组成员也是 final 的,需要实现上的保证。这可以确保不会 出现死锁,因为获得锁的顺序是固定的。 HashTable 的迭代器是强一致性的,而 ConcurrentHashMap 是弱一致的。 ConcurrentHashMap 的 get,clear,iterator 方法都是弱一致性的。 初识ConcurrentHashMap Concurrent翻译过来是并发的意思,字面理解它的作用是处理并发情况的 HashMap。 通过前面的学习,我们知道多线程并发下 HashMap 是不安全的(如死循环),更普遍 的是多线程并发下,由于堆内存对于各个线程是共享的,而 HashMap 的 put 方法 不是原子操作,假设Thread1先 put 值,然后 sleep 2秒(也可以是系统时间片切换失 去执行权),在这2秒内值被Thread2改了,Thread1“醒来”再 get 的时候发现已经不 是原来的值了,这就容易出问题。 那么如何避免这种多线程出错的情况呢? 常规思路就是给 HashMap 的 put 方法加锁(synchronized),保证同一个时刻只允 许一个线程拥有对 hashmap 有写的操作权限即可。然而假如线程1中操作耗时,其 他需要操作该 hashmap 的线程就需要在门口排队半天,严重影响用户体验, HashTable 就是这样子做的。 举个生活中的例子,很多银行除了存取钱,还支持存取贵重物品,贵重物品都放在 保险箱里,把 HashMap 和 HashTable 比作银行,结构: 把线程比作人,对应的情况如下: 多线程下用 HashMap 不确定性太高,有破产的风险,不能选;用 HashTable 不会 破产,但是用户体验不太好,那么怎样才能做到多人存取既不影响他人存值,又不 用排队呢? 有人提议搞个「银行者联盟」,多开几个像HashTable 这种「带锁」的银行就好 了,有多少人办理业务,就开多少个银行,一对一服务,这个区都是大老板,开银 行的成本都是小钱,于是「银行者联盟」成立了。 接下来的情况是这样的:比如用户A和用户B一起去银行存各自的项链,这个「银行 者联盟」操作后,然后对用户A说,1号银行现在没人你可以去那存,不用排队,然 后用户A就去1号银行存项链,1号银行把用户A接进门,马上拉闸,然后把用户A的 项链放在第x行第x个保险箱,等用户A办妥离开后,再开闸;对于用户B同理。此时 不管用户A和用户B在各自银行里面待多久都不会影响到彼此,不用担心自己的项链 被人偷换了。这就是ConcurrentHashMap的设计思路,用一个图来理解 从上图可以看出,此时锁的是对应的单个银行,而不是整个「银行者联盟」。分析 下这种设计的特点: 多个银行组成的「银行者联盟」 当有人来办理业务时,「银行者联盟」需要确定这个人去哪个银行 当此人去到指定银行办理业务后,该银行上锁,其他人不能同时执行修改操作,直 到此人离开后解锁. ConcurrentHashMap源码解析 ConcurrentHashMap 同样也分为 1.7 、1.8 版,两者在实现上略有不同。 先来看看 1.7 的实现,下面是结构图: 如图所示,是由 Segment 数组、HashEntry 组成,和 HashMap 一样,仍然是数组 加链表。主要是通过分段锁实现的。 关于分段锁 段Segment继承了重入锁ReentrantLock,有了锁的功能,每个锁控制的是一段, 当每个Segment越来越大时,锁的粒度就变得有些大了。 分段锁的优势在于保证在操作不同段 map 的时候可以并发执行,操作同段 map 的时候,进行锁的竞争和等待。这相对于直接对整个map同步 synchronized是有优势的。 缺点在于分成很多段时会比较浪费内存空间(不连续,碎片化); 操作map时竞争 同一个分段锁的概率非常小时,分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待; 当 某个段很大时,分段锁的性能会下降。 1.7 已经解决了并发问题,并且能支持 N 个 Segment 这么多次数的并发,但依然存 在 HashMap 在 1.7 版本中的问题。 那就是查询遍历链表效率太低。 因此 1.8 做了一些数据结构上的调整。 首先来看下底层的组成结构: 其实和 1.8 HashMap 结构类似,当链表节点数超过指定阈值的话,也是会转换成红 黑树的,大体结构也是一样的。 那么 JDK 1.8 ConcurrentHashMap 到底是如何实现线程安全的? 答案:其中抛弃了原有的Segment 分段锁,而采用了 CAS + synchronized 来保证 并发安全性。(cas:比较并替换) **① 基本组成 ** 抛弃了 JDK 1.7 中原有的 Segment 分段锁,而采用了 CAS + synchronized 来 保证并发安全性。 将JDK 1.7 中存放数据的 HashEntry 改为 Node,但作用是相同的。、 我们来看看 ConcurrentHashMap 的几个重要属性. 重要组成元素 Node:链表中的元素为 Node 对象。他是链表上的一个节点,内部存储了 key、 value 值,以及他的下一 个节点的引用。这样一系列的 Node 就串成一串,组成一 个链表。 ForwardingNode:当进行扩容时,要把链表迁移到新的哈希表,在做这个操作 时,会在把数组中的头节点替换为 ForwardingNode 对象。ForwardingNode 中不 保存 key 和 value,只保存了扩容后哈希表 (nextTable)的引用。此时查找相应 node 时,需要去 nextTable 中查找。 TreeBin:当链表转为红黑树后,数组中保存的引用为 TreeBin,TreeBin 内部不保 存 key/value,他保存了 TreeNode 的 list 以及红黑树 root。 TreeNode:红黑树的节点。 **② put 方法过程 ** 存储结构定义了容器的 “形状”,那容器内的东西按照什么规则来放呢?换句话讲, 某个 key 是按 照什么逻辑放入容器的对应位置呢? 我们假设要存入的 key 为对象 x,这个过程如下 : 1、通过对象 x 的 hashCode () 方法获取其 hashCode; 2、将 hashCode 映射到数组的某个位置上; 3、把该元素存储到该位置的链表中。 put 方法用来把一个键值对存储到 map 中。代码如下: 实际调用的是 putVal 方 法,第三个参数传入 false,控制 key 存在时覆盖原来的值。 请先看完代码注释,有个大致的了解,然后我们更加详细的学习一下: 判断存储的 key、value 是否为空,若为空,则抛出异常,否则,进入步骤 2。 计算 key 的 hash 值,随后进入自旋,该自旋可以确保成功插入数据,若 table 表为空或者长度为 0,则初始化 table 表,否则,进入步骤 3。 根据 key 的 hash 值取出 table 表中的结点元素,若取出的结点为空(该桶为 空),则使用 CAS 将 key、value、hash 值生成的结点放入桶中。否则,进入 步骤 4。 若该结点的的 hash 值为 MOVED(-1),则对该桶中的结点进行转移,否则, 进入步骤 5。 5 . 对桶中的第一个结点(即 table 表中的结点)进行加锁,对该桶进行遍历,桶中 的结点的 hash 值与 key 值与给定的 hash 值和 key 值相等,则根据标识选择是 否进行更新操作(用给定的 value 值替换该结点的 value 值),若遍历完桶仍 没有找到 hash 值与 key 值和指定的 hash 值与 key 值相等的结点,则直接新生 一个结点并赋值为之前后一个结点的下一个结点。进入步骤 6。 若 binCount 值达到红黑树转化的阈值,则将桶中的结构转化为红黑树存储, 后,增加 binCount 的值。 如果桶中的第一个元素的 hash 值大于 0,说明是链表结构,则对链表插入或者 更新。 如果桶中的第一个元素是 TreeBin,说明是红黑树结构,则按照红黑树的方式进 行插入或者更新。 在锁的保护下,插入或者更新完毕后,如果是链表结构,需要判断链表中元素 的数量是否超过 8(默认),一旦超过,就需要考虑进行数组扩容,或者是链表 转红黑树。 扩容 什么时候会扩容? 使用put()添加元素时会调用addCount(),内部检查sizeCtl看是否需要扩容。 tryPresize()被调用,此方法被调用有两个调用点: 链表转红黑树(put()时检查)时如果table容量小于64(MIN_TREEIFY_CAPACITY),则会 触发扩容。 调用putAll()之类一次性加入大量元素,会触发扩容。 addCount() addCount()与tryPresize()实现很相似,我们先以addCount()分析下扩容逻辑: **1.链表转红黑树 ** 首先我们要理解为什么 Map 需要扩容,这是因为我们采用哈希表存储数据,当固定 大小的哈希表存 储数据越来越多时,链表长度会越来越长,这会造成 put 和 get 的 性能下降。此时我们希望哈希表中多一些桶位,预防链表继续堆积的更长。 ConcurrentHashMap 有链表转红黑树的操作,以提高查找的速度,红黑树时间复 杂度为 O (logn),而链表是 O (n/2),因此只在 O (logn)<O (n/2) 时才会进行转换, 也就是以 8 作为分界点。 接下来我们分析 treeifyBin 方法代码,这个代码中会选择是把此时保存数据所在的 链表转为红黑树,还是对整个哈希表扩容。 treeifyBin 不一定就会进行红黑树转换,也可能是仅仅做数组扩容。 构造完TreeBin这个空节点之后,就开始构造红黑树,首先是第一个节点,左右 子节点设置为空,作为红黑树的root节点,设置为黑色,父节点为空。 然后在每次添加完一个节点之后,都会调用balanceInsertion方法来维持这是一 个红黑树的属性和平衡性。红黑树所有操作的复杂度都是O(logn),所以当元素量比 较大的时候,效率也很高。 **数组扩容 ** 我们大致了解了 ConcurrentHashMap 的存储结构,那么我们思考一个问题,当数 组中保存的链表越来越多,那么再存储进来的元素大概率会插入到现有的链表中, 而不是使用数组中剩下的空位。 这样会造成数组中保存的链表越来越长,由此导致 哈希表查找速度下降,从 O (1) 慢慢趋近于链表 的时间复杂度 O (n/2),这显然违背 了哈希表的初衷。 所以 ConcurrentHashMap 会做一个操作, 称为扩容。也就是把数组长度变大,增 加更多的空位出来,终目的就是预防链表过长,这样查找的时间复杂度才会趋向于 O (1)。扩容的操作并不会在数组没有空位时才进行,因为在桶位快满时, 新保存元 素更大的概率会命中已经使用的位置,那么可能后几个桶位很难被使用,而链表却 越来 越长了。ConcurrentHashMap 会在更合适的时机进行扩容,通常是在数组中 75% 的位置被使用 时。 其实以上内容和 HashMap 类似,ConcurrentHashMap 此外提供了线程安全的保 证,它主要是通 过 CAS 和 Synchronized 关键字来实现,我们在源码分析中再详细 来看。 我们做一下总结: 1、ConcurrentHashMap 采用数组 + 链表 + 红黑树的存储结构; 2、存入的 Key 值通过自己的 hashCode 映射到数组的相应位置; 3、ConcurrentHashMap 为保障查询效率,在特定的时候会对数据增加长度,这个 操作叫做扩容; 4、当链表长度增加到 8 时,可能会触发链表转为红黑树(数组长度如果小于 64, 优先扩容,具体 看后面源码分析)。 接下来,我们的源码分析就从 ConcurrentHashMap 的构成、保存元素、哈希算 法、扩容、查找数 据这几个方面来进行 扩容后数组容量为原来的 2 倍。 **数据迁移( 扩容时的线程安全) ** ConcurrentHashMap 的扩容时机和 HashMap 相同,都是在 put 方法的后一步 检查是否需要扩容,如果需要则进行扩容,但两者扩容的过程完全不同, ConcurrentHashMap 扩容的方法叫做 transfer,从 put 方法的 addCount 方法进 去,就能找到 transfer 方法,transfer 方法的主要思路是: 首先需要把老数组的值全部拷贝到扩容之后的新数组上,先从数组的队尾开始 拷贝; 拷贝数组的槽点时,先把原数组槽点锁住,保证原数组槽点不能操作,成功拷 贝到新数组时,把 原数组槽点赋值为转移节点; 这时如果有新数据正好需要 put 到此槽点时,发现槽点为转移节点,就会一直 等待,所以在扩容完成之前,该槽点对应的数据是不会发生变化的; 从数组的尾部拷贝到头部,每拷贝成功一次,就把原数组中的节点设置成转移 节点; 直到所有数组数据都拷贝到新数组时,直接把新数组整个赋值给数组容器,拷 贝完成 putTreeVal()与此方法遍历方式类似不再介绍。  ④ get 方法过程 ConcurrentHashMap 读的话,就比较简单,先获取数组的下标,然后通过判断数 组下标的 key 是 否和我们的 key 相等,相等的话直接返回,如果下标的槽点是链表 或红黑树的话,分别调用相应的 查找数据的方法,整体思路和 HashMap 很像,源 码如下: 计算 hash 值。 根据 hash 值找到数组对应位置: (n – 1) & h。 根据该位置处结点性质进行相应查找。 如果该位置为 null,那么直接返回 null。 如果该位置处的结点刚好就是需要的,返回该结点的值即可。 如果该位置结点的 hash 值小于 0,说明正在扩容,或者是红黑树。 如果以上 3 条都不满足,那就是链表,进行遍历比对即可。 ** 初始化数组 ** 数组初始化时,首先通过自旋来保证一定可以初始化成功,然后通过 CAS 设置 SIZECTL 变量的值,来保证同一时刻只能有一个线程对数组进行初始化,CAS 成功 之后,还会再次判断当前数组是否已经初始化完成,如果已经初始化完成,就不会 再次初始化,通过自旋 + CAS + 双重 check 等 手段保证了数组初始化时的线程安 全,源码如下: 里面有个关键的值 sizeCtl,这个值有多个含义。 1、-1 代表有线程正在创建 table; 2、-N 代表有 N-1 个线程正在复制 table; 3、在 table 被初始化前,代表 根据构造函数传入的值计算出的应被初始化的大小; 4、在 table 被初始化后,则被 设置为 table 大小 的 75%,代表 table 的容量(数组容量)。 initTable 中使用到 1 和 4,2 和 3 在其它方法中会有使用。下面我们可以先看下 ConcurrentHashMap 的构造方法,里面会使用上面的 3 最后来回顾总结下HashMap和ConcurrentHashMap对比 ConcurrentHashMap 和 HashMap 两者的相同之处: 1.数组、链表结构几乎相同,所以底层对数据结构的操作思路是相同的(只是思路 相同,底层实现 不同); 2.都实现了 Map 接口,继承了 AbstractMap 抽象类,所以大多数的方法也都是相 同的, HashMap 有的方法,ConcurrentHashMap 几乎都有,所以当我们需要从 HashMap 切换到 ConcurrentHashMap 时,无需关心两者之间的兼容问题 不同点: 1.红黑树结构略有不同,HashMap 的红黑树中的节点叫做 TreeNode,TreeNode 不仅仅有属 性,还维护着红黑树的结构,比如说查找,新增等等; ConcurrentHashMap 中红黑树被拆分成 两块,TreeNode 仅仅维护的属性和查找 功能,新增了 TreeBin,来维护红黑树结构,并负责根 节点的加锁和解锁; 2.新增 ForwardingNode (转移)节点,扩容的时候会使用到,通过使用该节点, 来保证扩容时的线程安全。

剑曼红尘 2020-03-25 11:21:44 0 浏览量 回答数 0

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