JDK Unsafe類的使用與CAS原子特性

Java.util.concurrent.atomic包，其中包含了大量使用到Unsafe這個類

Java不能直接訪問操作系統(tǒng)的底層，而是通過本地方法來訪問。

Unsafe類提供了硬件級別的原子操作，主要提供了以下功能

• 內存操作
• 字段的定位和修改
• 掛起和恢復
• CAS操作（樂觀鎖）

內存操作

• 類提供的3個本地方法allocateMemory、reallocteMemory、freeMemory分別用于分配內存、擴充內存和釋放內存

//和C語言的3個方法對應/**分配內存**/ public native long allocateMemory(long 1);/**擴充內存**/ public native long reallocateMemory(long 1,long l1);/**釋放內存**/ public native void freeMemory(long 1);

字段的定位和修改

• 可以定位對象字段的內存位置，也可以修改對象的字段值，即使它是私有的

掛起和恢復

• 將一個線程鼓起是通過park實現(xiàn)的，調用park后，線程會一直阻塞直到超時或者中斷等條件的出現(xiàn)
• unpark可以終止一個掛起的線程，使其恢復正常
• 整個并發(fā)框架中對于線程的掛起操作被封裝在LockSupport類中，LockSupport類中有各種版本的pack方法，但是最終都調用了Unsafe.park（）方法

CAS操作（樂觀鎖）

• CAS（Compare And Swap）比價并交換
• CAS操作包含三個操作數(shù)? ? 內存位置（V）、預期位置（A）、新值（B）
• 如果內存位置和預期的原值相匹配，那么處理器就會自動將該位置更新為新值。否則，處理器不做任何操作。無論那種情況，它都會在CAS指令之前返回該位置的值
• 簡單講就是，我認為V應該包含A值，如果復合預期，就將B放到這個位置，否則，不要改變該位置，只告訴我這個位置現(xiàn)在的值就可以
• Java并發(fā)包(java.util.concurrent)中大量使用了CAS操作,涉及到并發(fā)的地方都調用了sun.misc.Unsafe類方法進行CAS操作，在Unsafe中是通過compareAndSwapXXX方法實現(xiàn)的。

底層方法如下

/* *比較obj的offset處內存位置中的值和期望的值，如果相同則更新，此更新是不可中斷的*@Param obj需要更新的操作 *@Param offset obj中整型的field偏移量 *@Param expect 希望field中存在的值 *@Param update 如果期望值except與field當前值相同，設置field這個值為新值 *@return 如果field的值將被改變則返回true */ public native boolean compareAndSwapInt(Object obj,long offset,int expect,int update)

CountDownLatch

• CountDownLatch:用于監(jiān)聽某些初始化操作，并且將線程進行阻塞，等初始化執(zhí)行完畢之后，通知主線程繼續(xù)工作執(zhí)行

CyclicBarrier

• CyclicBarrier：柵欄的概念，多線程的進行阻塞，等待某一個臨界值條件滿足后，同時執(zhí)行
• 比如：將每一個線程比作一個跑步運動員，只有所有的運動員都準備好，才能一起賽跑，只要一個人沒有準備好，大家都等等待

Future與Caller回調

• Future模式：這種模式主要是利用空間換取時間的概念，也就是異步執(zhí)行（需要開啟一個新的線程）
• Future模式非常適合在處理耗時很長的業(yè)務邏輯時進行使用，可以有效的減少系統(tǒng)的響應時間，提高系統(tǒng)的吞吐量

利用設計模式模擬Future

• Future模式有點類似于商品訂單
• 比如網(wǎng)購的時候，挑選商品，提交訂單，付款即可。當訂單處理完成之后，在家里等待商品送貨上門即可。或者形象的說，當我們發(fā)送Ajax請求的時候，頁面是異步的進行后臺處理，用戶無需一直等待請求的結果，可以繼續(xù)瀏覽或者操作其他內容

Exchanger多線程間數(shù)據(jù)交換

• Exchanger用于進行線程間的數(shù)據(jù)交換，它提供了一個同步點，在這個同步點，兩個線程可以交換彼此的數(shù)據(jù)
• 兩個線程通過exchange方法交換數(shù)據(jù)，如果一個線程先執(zhí)行excange方法，它會一直等待第二個線程也執(zhí)行exchange方法
• 當兩個線程都達到同步點時，這兩個線程就可以交換數(shù)據(jù)，將本線程生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)傳遞給對方
• 使用的場景：1，遺傳算法：遺傳算法里需要選兩個人作為交換對象，這時會交換兩人的數(shù)據(jù)，并使用交叉規(guī)則得出兩個人的交換結果；2，文字校對：A和B同時錄入數(shù)據(jù)，然后對A和B進行比較，看是否錄入一致，保證數(shù)據(jù)錄入的正確性；

ForkJoin并行框架

• Frok/Join框架是Java提供的一個用于并行執(zhí)行任務的框架，將一個大任務分割成若干個小任務，最終匯總每一個小任務的結果后從而得到大任務的結果
• ForkJoinTask：使用該框架，需要創(chuàng)建一個ForkJoin任務，它提供在任務中執(zhí)行fork和join操作的機制。一般情況下，我們不需要直接繼承ForkJoinTask類，只需要繼承他的子類即可
• RecursiveAction：用于沒有返回結果的任務
• RecursiveTask：用于有返回結果的任務
• ForkJoinPool：任務ForkJoinTask需要通過ForkJoinPool來執(zhí)行

Master-Worker并發(fā)組件設計模式

• Master-Worker模式是常用的并發(fā)計算模式，他的核心思想是系統(tǒng)由兩類進程協(xié)作工作：Master和aworker進程
• Master進程負責接收和分配任務，Worker進程負責處理子任務。當各個Worker子進程處理完成之后，會將結果返回給Master，由Master做歸納和總結
• 其好處是將一個大任務分解成若干個小任務，并行執(zhí)行，從而提高系統(tǒng)的吞吐量

• Master-Worker并發(fā)組件設計模擬

Semaphore信號量與限流策略

• Semaphore信號量非常適合并發(fā)訪問限制，用于對系統(tǒng)的訪問量進行評估。投入資源太大，資源利用率達不到實際效果，純粹浪費資源；投入資源太小的話，如果一個高峰值的訪問量會壓垮系統(tǒng)

Semaphore相關概念

• PV（page view）網(wǎng)站的總訪問量，頁面瀏覽量或者點擊量，用戶每刷新一次就會記錄一次
• UV（unique Visitor）訪問網(wǎng)站的一臺電腦客戶端為一個訪客。一般來講時間上00：00～24:00之內相同ip的客戶端記錄
• QPS（query per second）即每秒查詢數(shù)，qps很大程度上代表了系統(tǒng)業(yè)務上的繁忙程度，每次請求的背后，可能對應著多次磁盤I/O，多次網(wǎng)絡請求，多個cpu時間片等。通過qps可以非常直觀了解當前系統(tǒng)業(yè)務情況，一旦當前qps超過所設定的預警閥值，可以考慮增加機器對于集群的擴容，防止壓力太大導致宕機，可以根據(jù)前期的壓力測試，在結合后期壓力測試得到估值，再結合后期綜合運維情況，估算出閥值
• RT（response time）請求的響應時間，這個指標非常關鍵，直接說明前段用戶的體驗
• 當然還涉及cpu、內存、網(wǎng)絡、磁盤等情況，更細節(jié)的問題很多，如select、update、delete/ps等數(shù)據(jù)庫層面的統(tǒng)計。
• 容量評估：一般來說通過開發(fā)、運維、測試、以及業(yè)務等相關人員，綜合出系統(tǒng)的一系列閥值，然后我們根據(jù)關鍵閥值如qps、rt等，對系統(tǒng)進行有效的變更。
• 一般來講，我們進行多輪壓力測試以后，可以對系統(tǒng)進行峰值評估，采用所謂的80/20原則，即80%的訪問請求將在20%的時間內達到。這樣我們可以根據(jù)系統(tǒng)對應的PV計算出峰值qps。
• 峰值qps= （總PV × 80%）/ （60 × 60 × 24 × 20%）
• 然后在將總的峰值qps除以單臺機器所能承受的最高的qps值，就是所需要機器的數(shù)量：機器數(shù) = 總的峰值qps / 壓測得出的單機極限qps
• 當然不排除系統(tǒng)在上線前進行大型促銷活動，或者雙十一、雙十二熱點事件、遭受到DDos攻擊等情況，系統(tǒng)的開發(fā)和運維人員急需要了解當前系統(tǒng)運行的狀態(tài)和負載情況，一般都會有后臺系統(tǒng)去維護。?? ?

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的JDK Unsafe类的使用与CAS原子特性的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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