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并发导论

感谢网友寻寒的投稿

写在前面的话
由于之前工作中的疏忽,在使用Java多线程并发的时候出了问题,遂决心全面学习并发相关知识。写作本文的意图只是希望在写作过程中把想不清楚或是一时无法掌握的地方反复揣摩记录下来。写作本文参考的各种资料较多,抱歉的是文末的参考文献中对一些叫不上名字或没有出处的资料文献并未列举出来。由于本人是初入职场的菜鸟,更是并发的门外汉,文中关于并发以及其他软硬件、程序设计语言的论据也许不够客观甚至不够正确。对于这些问题还请大家不吝指教,欢迎讨论,望共同学习进步。
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您还有心跳吗?超时机制分析

问题描述

在C/S模式中,有时我们会长时间保持一个连接,以避免频繁地建立连接,但同时,一般会有一个超时时间,在这个时间内没发起任何请求的连接会被断开,以减少负载,节约资源。并且该机制一般都是在服务端实现,因为client强制关闭或意外断开连接,server端在此刻是感知不到的,如果放到client端实现,在上述情况下,该超时机制就失效了。本来这问题很普通,不太值得一提,但最近在项目中看到了该机制的一种糟糕的实现,故在此深入分析一下。 阅读全文

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聊聊并发(七)——Java中的阻塞队列

原文首发于InfoQ

1. 什么是阻塞队列?

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。
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happens-before俗解

学习Java并发,到后面总会接触到happens-before偏序关系。初接触玩意儿简直就是不知所云,下面是经过一段时间折腾后个人对此的一点浅薄理解,希望对初接触的人有帮助。如有不正确之处,欢迎指正。

synchronized、大部分锁,众所周知的一个功能就是使多个线程互斥/串行的(共享锁允许多个线程同时访问,如读锁)访问临界区,但他们的第二个功能 —— 保证变量的可见性 —— 常被遗忘。

为什么存在可见性问题?简单介绍下。相对于内存,CPU的速度是极高的,如果CPU需要存取数据时都直接与内存打交道,在存取过程中,CPU将一直空闲,这是一种极大的浪费,妈妈说,浪费是不好的,所以,现代的CPU里都有很多寄存器,多级cache,他们比内存的存取速度高多了。某个线程执行时,内存中的一份数据,会存在于该线程的工作存储中(working memory,是cache和寄存器的一个抽象,这个解释源于《Concurrent Programming in Java: Design Principles and Patterns, Second Edition》§2.2.7,原文:Every thread is defined to have a working memory (an abstraction of caches and registers) in which to store values. 有不少人觉得working memory是内存的某个部分,这可能是有些译作将working memory译为工作内存的缘故,为避免混淆,这里称其为工作存储,每个线程都有自己的工作存储),并在某个特定时候回写到内存。单线程时,这没有问题,如果是多线程要同时访问同一个变量呢?内存中一个变量会存在于多个工作存储中,线程1修改了变量a的值什么时候对线程2可见?此外,编译器或运行时为了效率可以在允许的时候对指令进行重排序,重排序后的执行顺序就与代码不一致了,这样线程2读取某个变量的时候线程1可能还没有进行写入操作呢,虽然代码顺序上写操作是在前面的。这就是可见性问题的由来。

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双重检查锁定与延迟初始化

本文属于作者原创,原文发表于InfoQ:http://www.infoq.com/cn/articles/double-checked-locking-with-delay-initialization

双重检查锁定的由来

在java程序中,有时候可能需要推迟一些高开销的对象初始化操作,并且只有在使用这些对象时才进行初始化。此时程序员可能会采用延迟初始化。但要正确实现线程安全的延迟初始化需要一些技巧,否则很容易出现问题。比如,下面是非线程安全的延迟初始化对象的示例代码:

public class UnsafeLazyInitialization {
    private static Instance instance;

    public static Instance getInstance() {
        if (instance == null)          //1:A线程执行
            instance = new Instance(); //2:B线程执行
        return instance;
    }
}

在UnsafeLazyInitialization中,假设A线程执行代码1的同时,B线程执行代码2。此时,线程A可能会看到instance引用的对象还没有完成初始化(出现这种情况的原因见后文的“问题的根源”)。 阅读全文

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C++11 并发编程指南——前言

开场白:前一段时间(大概在8月初)开始写 《C++11 并发编程指南》(最早更新于:http://www.cnblogs.com/haippy),但是由于个人能力有限,加上 9 月初到现在一直在忙着找工作(革命尚未成功),精力有限,难免出现错误,希望读者不吝指正。

另外,这是我在并发编程网上写的第一篇文章,终于迈开了第一步。受@腾飞同学的鼓励,后续我会在本站持续更新与 C++ 并发编程(尤其是C++11并发编程)相关的文章,但由于个人水平有限,希望读者指出我的错误,并多多包涵 😉

最后,个人一直在 Github上 更新 《C++11 并发编程指南》,目前已经完成了 C++11 新标准中与原子操作和多线程相关的内容,如果你对此感兴趣,也欢迎你加入进来,传播知识,方便他人。 阅读全文

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非阻塞同步算法实战(三)-LatestResultsProvider

感谢trytocatch投递本文。

前言

阅读本文前,需要读者对happens-before比较熟悉,了解非阻塞同步的一些基本概念。本文主要为happens-before法则的灵活运用,和一些解决问题的小技巧,分析问题的方式。

背景介绍

原始需求为:本人当时在编写一个正则替换工具,里面会动态地显示所有的匹配结果(包括替换预览),文本、正则表达式、参数,这些数据的其中一项发生了变化,结果就应该被更新,为了提供友好的交互体验,数据变化时,应该是发起一个异步请求,由另一个独立的线程来完成运算,完成后通知UI更新结果。由于是动态显示,所以提交会非常频繁。 阅读全文

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多核编程入门

感谢 陈耿佳 投递此文。

下载地址:多核编程入门

本文是多核编程的入门资料汇总,来源主要是国外国内的一些网站及自己使用过程中一些记录,写作目的主要是内部分享用(@NSFOCUS)。在多核使用过程中,得益于很多网络资源,所以也把自己整理的产品无关的东西共享出来,希望对多核感兴趣的同学可以入门用。

在intel E5 平台上搞了几个月多核编程,中间收集并学习了一些多核编程的知识,整理了一份PDF格式的 ,欢迎大家一起探讨。 阅读全文

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非阻塞同步算法实战(二)-BoundlessCyclicBarrier

感谢网友trytocatch的投稿

前言

相比上一 篇而言,本文不需要太多的准备知识,但技巧性更强一些。因为分析、设计的过程比较复杂繁琐,也限于篇幅,所以,主要展示如何解决这些需求,和讲解代码。另外,所讲的内容也是后一篇实战中需要用到的一个工具类。

需求介绍

我需要编写一个同步工具,它需要提供这样几个方法:await、pass、cancel。某个线程调用await时,会被阻塞;当调用pass方法时,之前因为await而阻塞的线程将全部被解除阻塞,之后调用await的线程继续被阻塞,直到下一次调用pass。

该工具同时还维护一个版本号,await方法可以带一个目标版本号,如果当前的版本号比目标版本号新或相同,则直接通过,否则,阻塞本线程,直到到达或超过目标版本。调用pass的时候,更新版本号。

如果停止了版本更新,可使用cancel方法来解除所有因await而阻塞的线程,包括指定版本号的。此方法用于避免无谓地等待。若await发生在cancel之后,则仍将被阻塞。

因为CountDownLatch不允许重复使用,CyclicBarrier只支持固定个数的线程,并且都没有维护一个版本号,所以没有已有的类能实现上面的需求,需要自己实现。 阅读全文

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非阻塞同步算法实战(一)

感谢trytocache投递本文。

前言

本文写给对ConcurrentLinkedQueue的实现和非阻塞同步算法的实现原理有一定了解,但缺少实践经验的朋友,文中包括了实战中的尝试、所走的弯路,经验和教训。

背景介绍

上个月,我被安排独自负责一个聊天系统的服务端,因为一些原因,我没使用现成的开源框架,网络那块直接使用AIO,收数据时,因为只会从channel里过来,所以不需要考虑同步问题;但是发送数据时,因为有聊天消息的转发,所以必需处理这个同步问题。AIO中,是处理完一个注册的操作后,再执行我们定义的方法,此时,如果还有数据需要写,则继续注册写操作,如果没有则不注册;提交数据时,如果当前没有注册写操作,则注册一个,否则仅提交(此时再注册则会报异常)。这样,需要同步的点就是:如何知道当前还有没有数据需要发送(因为其它线程也可以提交数据到此处),和如何知道此次提交时,有没有注册写操作。总之,要完成:有数据要发送时,必需有写操作被注册,并且只能注册一次;没有数据时,不能有写操作被注册。 阅读全文

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Java并发中正确使用volatile

作者:一粟   整理和翻译自Twitter实时搜索的PPT

前几天并发编程群里有同学对volatile的用法提出了疑问,刚好我记得Twitter有关实时搜索的这个PPT对这个问题解释的很清晰并有一个实际的应用场景,于是周末把这个问题摘录了一些和并发相关的内容如下: 阅读全文

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使用与运算符代替求余运算符的技巧

1.性能对比:

求余运算:a MOD b就相当与a-(a DIV b)*b 的运算。

与运算:就是一个指令的事 阅读全文

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从JVM并发看CPU内存指令重排序(Memory Reordering)

这两天,我拜读了 Dennis Byrne 写的一片博文Memory Barriers and JVM Concurrency (中译文内存屏障与JVM并发)。

文中提到:

对主存的一次访问一般花费硬件的数百次时钟周期。处理器通过缓存(caching)能够从数量级上降低内存延迟的成本这些缓存为了性能重新排列待定内存操作的顺序。也就是说,程序的读写操作不一定会按照它要求处理器的顺序执行。

这段话是作者对内存屏障重要性的定义。通过cache降低内存延迟,这句话很好理解。但后面那句“为了性能重排序内存操作顺序”,让没学好微机原理的我倍感疑惑。
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详细分析Java中断机制

本文是作者原创,首发于InfoQ:http://www.infoq.com/cn/articles/java-interrupt-mechanism

1. 引言

当我们点击某个杀毒软件的取消按钮来停止查杀病毒时,当我们在控制台敲入quit命令以结束某个后台服务时……都需要通过一个线程去取消另一个线程正在执行的任务。Java没有提供一种安全直接的方法来停止某个线程,但是Java提供了中断机制。

如果对Java中断没有一个全面的了解,可能会误以为被中断的线程将立马退出运行,但事实并非如此。中断机制是如何工作的?捕获或检测到中断后,是抛出InterruptedException还是重设中断状态以及在方法中吞掉中断状态会有什么后果?Thread.stop与中断相比又有哪些异同?什么情况下需要使用中断?本文将从以上几个方面进行描述。

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Java线程池架构(二)多线程调度器

在前面介绍了java的多线程的基本原理信息:《Java线程池架构原理和源码解析》,本文对这个java本身的线程池的调度器做一个简单扩展,如果还没读过上一篇文章,建议读一下,因为这是调度器的核心组件部分。

我们如果要用java默认的线程池来做调度器,一种选择就是Timer和TimerTask的结合,在以前的文章:《Timer与TimerTask的真正原理&使用介绍》中有明确的说明:一个Timer为一个单独的线程,虽然一个Timer可以调度多个TimerTask,但是对于一个Timer来讲是串行的,至于细节请参看对应的那篇文章的内容,本文介绍的多线程调度器,也就是定时任务,基于多线程调度完成,当然你可以为了完成多线程使用多个Timer,只是这些Timer的管理需要你来完成,不是一个框架体系,而ScheduleThreadPoolExecutor提供了这个功能,所以我们第一要搞清楚是如何使用调度器的,其次是需要知道它的内部原理是什么,也就是知其然,再知其所以然!

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