深入理解Java内存模型(五)——锁

本文属于作者原创,原文发表于InfoQ:http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-5

锁的释放-获取建立的happens before 关系

锁是java并发编程中最重要的同步机制。锁除了让临界区互斥执行外,还可以让释放锁的线程向获取同一个锁的线程发送消息。下面是锁释放-获取的示例代码:

class MonitorExample {
    int a = 0;

    public synchronized void writer() {  //1
        a++;                             //2
    }                                    //3

    public synchronized void reader() {  //4
        int i = a;                       //5
        ……
    }                                    //6
}

假设线程A执行writer()方法,随后线程B执行reader()方法。根据happens before规则,这个过程包含的happens before 关系可以分为两类:

  1. 根据程序次序规则,1 happens before 2, 2 happens before 3; 4 happens before 5, 5 happens before 6。
  2. 根据监视器锁规则,3 happens before 4。
  3. 根据happens before 的传递性,2 happens before 5。

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Java并发包中的同步队列SynchronousQueue实现原理

作者:一粟

介绍

Java 6的并发编程包中的SynchronousQueue是一个没有数据缓冲的BlockingQueue,生产者线程对其的插入操作put必须等待消费者的移除操作take,反过来也一样。

不像ArrayBlockingQueue或LinkedListBlockingQueue,SynchronousQueue内部并没有数据缓存空间,你不能调用peek()方法来看队列中是否有数据元素,因为数据元素只有当你试着取走的时候才可能存在,不取走而只想偷窥一下是不行的,当然遍历这个队列的操作也是不允许的。队列头元素是第一个排队要插入数据的线程,而不是要交换的数据。数据是在配对的生产者和消费者线程之间直接传递的,并不会将数据缓冲数据到队列中。可以这样来理解:生产者和消费者互相等待对方,握手,然后一起离开。

SynchronousQueue的一个使用场景是在线程池里。Executors.newCachedThreadPool()就使用了SynchronousQueue,这个线程池根据需要(新任务到来时)创建新的线程,如果有空闲线程则会重复使用,线程空闲了60秒后会被回收。 Read more

Java中的读/写锁

原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:微凉 校对:丁一

相比Java中的锁(Locks in Java)里Lock实现,读写锁更复杂一些。假设你的程序中涉及到对一些共享资源的读和写操作,且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候,两个线程同时读一个资源没有任何问题,所以应该允许多个线程能在同时读取共享资源。但是如果有一个线程想去写这些共享资源,就不应该再有其它线程对该资源进行读或写(译者注:也就是说:读-读能共存,读-写不能共存,写-写不能共存)。这就需要一个读/写锁来解决这个问题。

Java5在java.util.concurrent包中已经包含了读写锁。尽管如此,我们还是应该了解其实现背后的原理。

以下是本文的主题

  1. 读/写锁的Java实现(Read / Write Lock Java Implementation)
  2. 读/写锁的重入(Read / Write Lock Reentrance)
  3. 读锁重入(Read Reentrance)
  4. 写锁重入(Write Reentrance)
  5. 读锁升级到写锁(Read to Write Reentrance)
  6. 写锁降级到读锁(Write to Read Reentrance)
  7. 可重入的ReadWriteLock的完整实现(Fully Reentrant ReadWriteLock)
  8. 在finally中调用unlock() (Calling unlock() from a finally-clause)

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Java并发性和多线程介绍

作者:Jakob Jenkov 译者:Simon-SZ  校对:方腾飞

http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/index.html

在过去单CPU时代,单任务在一个时间点只能执行单一程序。之后发展到多任务阶段,计算机能在同一时间点并行执行多任务或多进程。虽然并不是真正意义上的“同一时间点”,而是多个任务或进程共享一个CPU,并交由操作系统来完成多任务间对CPU的运行切换,以使得每个任务都有机会获得一定的时间片运行。

随着多任务对软件开发者带来的新挑战,程序不在能假设独占所有的CPU时间、所有的内存和其他计算机资源。一个好的程序榜样是在其不再使用这些资源时对其进行释放,以使得其他程序能有机会使用这些资源。

再后来发展到多线程技术,使得在一个程序内部能拥有多个线程并行执行。一个线程的执行可以被认为是一个CPU在执行该程序。当一个程序运行在多线程下,就好像有多个CPU在同时执行该程序。

多线程比多任务更加有挑战。多线程是在同一个程序内部并行执行,因此会对相同的内存空间进行并发读写操作。这可能是在单线程程序中从来不会遇到的问题。其中的一些错误也未必会在单CPU机器上出现,因为两个线程从来不会得到真正的并行执行。然而,更现代的计算机伴随着多核CPU的出现,也就意味着不同的线程能被不同的CPU核得到真正意义的并行执行。

如果一个线程在读一个内存时,另一个线程正向该内存进行写操作,那进行读操作的那个线程将获得什么结果呢?是写操作之前旧的值?还是写操作成功之后的新值?或是一半新一半旧的值?或者,如果是两个线程同时写同一个内存,在操作完成后将会是什么结果呢?是第一个线程写入的值?还是第二个线程写入的值?还是两个线程写入的一个混合值?因此如没有合适的预防措施,任何结果都是可能的。而且这种行为的发生甚至不能预测,所以结果也是不确定性的。 Read more

死锁

原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:申章 校对:丁一

死锁是两个或更多线程阻塞着等待其它处于死锁状态的线程所持有的锁。死锁通常发生在多个线程同时但以不同的顺序请求同一组锁的时候。

例如,如果线程1锁住了A,然后尝试对B进行加锁,同时线程2已经锁住了B,接着尝试对A进行加锁,这时死锁就发生了。线程1永远得不到B,线程2也永远得不到A,并且它们永远也不会知道发生了这样的事情。为了得到彼此的对象(A和B),它们将永远阻塞下去。这种情况就是一个死锁。

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Java中的锁

原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:申章 校对:丁一

锁像synchronized同步块一样,是一种线程同步机制,但比Java中的synchronized同步块更复杂。因为锁(以及其它更高级的线程同步机制)是由synchronized同步块的方式实现的,所以我们还不能完全摆脱synchronized关键字(译者注:这说的是Java 5之前的情况)。

自Java 5开始,java.util.concurrent.locks包中包含了一些锁的实现,因此你不用去实现自己的锁了。但是你仍然需要去了解怎样使用这些锁,且了解这些实现背后的理论也是很有用处的。可以参考我对java.util.concurrent.locks.Lock的介绍,以了解更多关于锁的信息。

以下是本文所涵盖的主题:

  1. 一个简单的锁
  2. 锁的可重入性
  3. 锁的公平性
  4. 在finally语句中调用unlock()

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竞态条件与临界区

原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:He Jianjun 校对:丁一

在同一程序中运行多个线程本身不会导致问题,问题在于多个线程访问了相同的资源。如,同一内存区(变量,数组,或对象)、系统(数据库,web services等)或文件。实际上,这些问题只有在一或多个线程向这些资源做了写操作时才有可能发生,只要资源没有发生变化,多个线程读取相同的资源就是安全的。

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线程安全及不可变性

原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:高嵩 校对:丁一

当多个线程同时访问同一个资源,并且其中的一个或者多个线程对这个资源进行了写操作,才会产生竞态条件。多个线程同时读同一个资源不会产生竞态条件。

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线程安全与共享资源

原文链接 作者:Jakob Jenkov 译者:毕冉 校对:丁一

允许被多个线程同时执行的代码称作线程安全的代码。线程安全的代码不包含竞态条件。当多个线程同时更新共享资源时会引发竞态条件。因此,了解Java线程执行时共享了什么资源很重要。

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并发译文翻译计划(三)

为了促进并发编程在中国的推广和研究,让更多的同学能阅读到国外的文献。所以打算将国外的编程文献翻译成中文,但是我一个人的精力有限,所以希望征集译者帮忙一起翻译。这是一篇比较基础的文章,希望翻译后对新手有很大帮助。

  1. Introduction to Java Concurrency(译者:jiyou)
  2. Benefits (译者:古圣昌)
  3. Costs      (译者:古圣昌)
  4. Creating and Starting Threads(译者:阿里-章筱虎)
  5. Race Conditions and Critical Sections(译者:He Jianjun,已完成)
  6. Thread Safety and Shared Resources(译者:Bi Ran,已完成)
  7. Thread Safety and Immutability(译者:高嵩,已完成)
  8. Synchronized Blocks (译者:同杰)
  9. Thread Signaling (译者:杜建雄)
  10. Deadlock  (译者:申章)
  11. Deadlock Prevention (译者:申章)
  12. Starvation and Fairness  (译者: jiyou)
  13. Nested Monitor Lockout(译者:柳暗 ☆花明)
  14. Slipped Conditions(译者:柳暗 ☆花明)
  15. Locks  (译者:申章)
  16. Read / Write Locks(译者:华)
  17. Reentrance Lockout(译者:刘晓日)
  18. Semaphores          (译者:寒桐)
  19. Blocking Queues (译者:寒桐)
  20. Thread Pools        (译者:长源)
  21. Anatomy of a Synchronizer(译者:高嵩)

有兴趣的同学可以一起参与。 Read more

从Java视角理解系统结构(一)CPU上下文切换

作者:Minzhou  本文是从Java视角理解系统结构连载文章

在高性能编程时,经常接触到多线程. 起初我们的理解是, 多个线程并行地执行总比单个线程要快, 就像多个人一起干活总比一个人干要快. 然而实际情况是, 多线程之间需要竞争IO设备, 或者竞争锁资源,导致往往执行速度还不如单个线程. 在这里有一个经常提及的概念就是: 上下文切换(Context Switch).

上下文切换的精确定义可以参考: http://www.linfo.org/context_switch.html。下面做个简单的介绍. 多任务系统往往需要同时执行多道作业.作业数往往大于机器的CPU数, 然而一颗CPU同时只能执行一项任务, 如何让用户感觉这些任务正在同时进行呢? 操作系统的设计者巧妙地利用了时间片轮转的方式, CPU给每个任务都服务一定的时间, 然后把当前任务的状态保存下来, 在加载下一任务的状态后, 继续服务下一任务. 任务的状态保存及再加载, 这段过程就叫做上下文切换. 时间片轮转的方式使多个任务在同一颗CPU上执行变成了可能, 但同时也带来了保存现场和加载现场的直接消耗。
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Sharing Data Among Threads Without Contention

原文地址:http://www.oraclejavamagazine-digital.com/javamagazine/20120304/?pg=56&pm=1&u1=friend  作者 Trisha

The London Multi-Asset Exchange (LMAX) Disruptor is an open source concurrency framework that recently won the 2011 Duke’s Choice Award for Innovative Programming Framework. In this article, I use diagrams to describe what the Disruptor is; what it does; and, to some extent, how it works.

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线程间共享数据无需竞争

原文 地址  作者  Trisha   译者:李同杰

LMAX Disruptor 是一个开源的并发框架,并获得2011 Duke’s 程序框架创新奖。本文将用图表的方式为大家介绍Disruptor是什么,用来做什么,以及简单介绍背后的实现原理。

Disruptor是什么?

Disruptor 是线程内通信框架,用于线程里共享数据。LMAX 创建Disruptor作为可靠消息架构的一部分并将它设计成一种在不同组件中共享数据非常快的方法。
基于Mechanical Sympathy(对于计算机底层硬件的理解),基本的计算机科学以及领域驱动设计,Disruptor已经发展成为一个帮助开发人员解决很多繁琐并发编程问题的框架。
很多架构都普遍使用一个队列共享线程间的数据(即传送消息)。图1 展示了一个在不同的阶段中通过使用队列来传送消息的例子(每个蓝色的圈代表一个线程)。 Read more

阿里内贸团队敏捷实践(一)如何打造合作型团队

本文是作者原创, 原文发表于程序员2013年2月刊 http://www.programmer.com.cn/15217/  转载请注明出处

本文中,来自阿里内贸团队的工程师分享了所在团队打造合作型“精英”小团队的敏捷实践方法,同时讲述了实践的效果,旨在给大家一些启发,以供参考和借鉴。

能打造出Facebook里所提倡的“精英团队”固然非常好,但这样会对团队中的每位成员都有较高的要求。我所在的团队希望通过将团队合 作精神运用在项目的各个阶段来打造出一支强有力的合作型小团队,并且取得了很不错的战绩:每两周发布一个版本,完成了几次零Bug的项目,实现了一年线上 零故障。

我们团队由2名产品经理、6名开发人员和2名QA组成,并根据团队特点量身定制了一套敏捷的开发方式。本文主要分享在需求、设计、开发和总结等阶段中如何提高团队成员的合作意识,从而形成团队合力的最佳实践。

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什么是上下文切换

原文:http://www.wisegeek.com/what-is-context-switching.htm     译者:郭蕾 校对:方腾飞

支持多任务处理是CPU设计史上最大的跨越之一。在计算机中,多任务处理是指同时运行两个或多个程序。从使用者的角度来看,这看起来并不复杂或者难以实现,但是它确实是计算机设计史上一次大的飞跃。在多任务处理系统中,CPU需要处理所有程序的操作,当用户来回切换它们时,需要记录这些程序执行到哪里。上下文切换就是这样一个过程,他允许CPU记录并恢复各种正在运行程序的状态,使它能够完成切换操作。 Read more

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