1.源码分析: Java中锁的层源种类与特性详解
2.C#中使用CAS实现无锁算法
3.Spring Cloud + Spring Boot + Mybatis + Uniapp 企业架构之CAS SSO单点登录框架
4.Linux基础组件之无锁消息队列ypipe/yqueue详解
5.从HotSpot源码,深度解读 park 和 unpark
6.java并发原子类AtomicBoolean解析
源码分析: Java中锁的源码种类与特性详解
在Java中存在多种锁,包括ReentrantLock、层源Synchronized等,源码它们根据特性与使用场景可划分为多种类型,层源如乐观锁与悲观锁、源码捕鱼源码参考可重入锁与不可重入锁等。层源本文将结合源码深入分析这些锁的源码设计思想与应用场景。
锁存在的层源意义在于保护资源,防止多线程访问同步资源时出现预期之外的源码错误。举例来说,层源当张三操作同一张银行卡进行转账,源码如果银行不锁定账户余额,层源可能会导致两笔转账同时成功,源码违背用户意图。层源因此,在多线程环境下,锁机制是必要的。
乐观锁认为访问资源时不会立即加锁,仅在获取失败时重试,通常适用于竞争频率不高的场景。乐观锁可能影响系统性能,故在竞争激烈的场景下不建议使用。Java中的乐观锁实现方式多基于CAS(比较并交换)操作,如AQS的锁、ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore等。CAS类实现不能完全保证线程安全,使用时需注意版本号管理等潜在问题。
悲观锁则始终在访问同步资源前加锁,确保无其他线程干预。ReentrantLock、14源码Synchronized等都是典型的悲观锁实现。
自旋锁与自适应自旋锁是另一种锁机制。自旋锁在获取锁失败时采用循环等待策略,避免阻塞线程。自适应自旋锁则根据前一次自旋结果动态调整等待时间,提高效率。
无锁、偏向锁、轻量级锁与重量级锁是Synchronized的锁状态,从无锁到重量级锁,锁的竞争程度与性能逐渐增加。Java对象头包含了Mark Word与Klass Pointer,Mark Word存储对象状态信息,而Klass Pointer指向类元数据。
Monitor是实现线程同步的关键,与底层操作系统的Mutex Lock相互依赖。Synchronized通过Monitor实现,其效率在JDK 6前较低,但JDK 6引入了偏向锁与轻量级锁优化性能。
公平锁与非公平锁决定了锁的分配顺序。公平锁遵循申请顺序,非公平锁则允许插队,提高锁获取效率。
可重入锁允许线程在获取锁的同一节点多次获取锁,而不可重入锁不允许。共享锁与独占锁是另一种锁分类,前者允许多个线程共享资源,后者则确保资源的独占性。
本文通过源码分析,详细介绍了Java锁的种类与特性,以及它们在不同场景下的应用。了解这些机制对于多线程编程至关重要。loadstring源码此外,还有多种机制如volatile关键字、原子类以及线程安全的集合类等,需要根据具体场景逐步掌握。
C#中使用CAS实现无锁算法
CAS(Compare-and-Swap)操作是一种多线程并发编程中常用的原子操作,用于实现多线程间的同步和互斥访问。它通过比较内存地址处的值与期望的旧值是否相等来实现这一目标。若相等,则将新值写入该内存地址;否则不做任何操作。CAS 操作的原子性由硬件层面的CPU指令保证,通常通过 Interlocked 类在 C# 中实现。
在C#中,我们使用Interlocked类的CompareExchange方法来实现CAS操作。此方法接收三个参数:内存地址、期望的旧值和新值。如果内存地址处的值与期望的旧值相等,则将新值写入该内存地址并返回旧值;否则不执行任何操作。通过判断返回值与期望的旧值是否相等,我们可以得知CompareExchange操作是否成功。
在使用CAS实现无锁算法时,我们通常需要在更新数据后执行进一步的操作。结合while(true)循环,我们可以在每次尝试更新数据后检查是否成功。如果失败,则继续尝试,直到成功为止。
以下是一个简单的计数器示例,它使用CAS实现了一个线程安全的自增操作。在CLR底层源码中,我们也经常看到使用类似方法实现线程安全计数器的代码。同时,队列类也使用CAS实现线程安全的krkrsteam源码入队和出队操作,该操作更为复杂,需要不断检查是否有其他线程修改数据。
在复杂的无锁算法中,每一步操作都必须考虑是否被其他线程修改。每一步操作非原子,因此我们不仅依赖CAS操作,还必须确保在执行每个操作前检查数据是否被修改。类比薛定谔的猫,我们不知道数据状态直到尝试修改时才确定。
通过测试代码,我们可以观察到在一定数量的操作中,需要重试的次数。这个重试次数取决于队列中是否有数据可供操作,而在多线程环境下,每次操作的结果可能有所不同。
CAS是一种乐观锁机制,假设数据未被其他线程修改,若未修改则直接修改,若已修改则重新获取数据并再次尝试修改。在实现复杂的数据结构时,我们不仅依赖CAS操作,还需注意数据是否被其他线程修改,以及处理可能的分支情况。
Spring Cloud + Spring Boot + Mybatis + Uniapp 企业架构之CAS SSO单点登录框架
了解单点登录(SSO)是一种在多个相关应用之间共享认证信息的机制。SSO主要特点在于使用统一的登录入口,通过Web协议(如HTTPS)实现应用之间的认证。单点登录体系包括用户、Web应用和SSO认证中心三个角色。SSO实现基于三个核心原则:所有登录操作在SSO认证中心执行;认证中心通过方法告知Web应用访问用户是否已通过认证;SSO认证中心与所有Web应用建立信任关系。
CAS SSO单点登录体系由CAS Server和CAS Client组成。CAS Server负责用户信息认证,独立部署,橙子源码处理凭证(Credentials)。CAS Client部署在客户端,当有对本地Web应用受保护资源的访问请求时,重定向到CAS Server进行认证。
采用CAS SSO单点登录无需依赖Cookie实现跨域,优势明显。在不同站点间无需重新登录,即便站点域名不同。传统方案可能遇到Cookie跨域问题,解决复杂。CAS SSO单点登录的官方文档和源代码可直接访问:apereo.org/projects/cas。推荐下载稳定版本,如4.2.1,避免使用最新版本可能存在的不稳定情况。通过远程Maven库下载cas-server-webapp的war包,步骤包括访问Maven地址搜索并下载最新版本。下载cas-client-core的jar包,支持Spring MVC开发,适用于多种协议与开发语言。CAS架构图展示了其组件与工作流程,根据项目需求选择合适的版本进行部署。
Linux基础组件之无锁消息队列ypipe/yqueue详解
CAS定义
比较并交换(compare and swap, CAS),在多线程编程中用于实现不被打断的数据交换,避免数据不一致问题。该操作通过比较内存值与指定数据,当数值相同则替换内存数据。
为什么需要无锁队列
锁引起的问题:cache损坏/失效、同步机制上的争抢、动态内存分配。
有锁导致线程切换引发cache损坏
大量线程切换导致cache数据失效,处理器与主存之间数据传输效率下降,影响性能。
在同步机制上的争抢队列
阻塞队列导致任务暂停或睡眠,大量时间浪费在获取互斥锁,而非处理数据,引发严重争用。
动态内存分配
多线程中动态分配内存导致互斥,线程频繁分配内存影响应用性能。
无锁队列的实现
无锁队列由ypipe_t和yqueue_t类构成,适用于一读一写场景。通过chunk模式批量分配结点,减少动态内存分配的互斥问题。批量分配大小根据业务场景调整,通常设置较大较为安全。利用spare_chunk存储未释放的chunk,降低频繁分配释放。预写机制减少CAS调用。巧妙的唤醒机制,读端等待无数据时进入等待状态,写端根据返回值判断队列是否为空以唤醒读端。
无锁队列使用
yqueue.write(count,false)用于写入元素并标记完成状态,yqueue.flush()使读端可见更新后数据。yqueue.read(&value)读取元素,返回true表示读到元素,返回false表示队列为空。
ypipe_t使用
write(val, false)更新写入位置,flush()刷新数据到管道,read()读取数据并更新可读位置。
yqueue_t构造函数
初始化队列,end_chunk总是指向最后分配的chunk,back_chunk仅在有元素插入时指向对应的chunk。
front()和back()函数
返回队列头和尾的可读写元素位置。
push()和pop()函数
push()更新写入位置,pop()更新读取位置并检测释放chunk,保持数据流。
源码分析
yqueue_t内部使用chunk批量分配,减少内存操作,spare_chunk存储释放的chunk以供再次使用。ypipe_t构建单写单读无锁队列,通过CAS操作控制读写位置,实现高效数据交换。
ypipe_t / yqueue_t无锁队列利用chunk机制避免频繁内存动态分配,提升性能。通过局部性原理复用回收的chunk,减少资源消耗。flush()检测队列状态通知唤醒,优化数据交换过程。
从HotSpot源码,深度解读 park 和 unpark
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Java并发包下的类大多基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer)框架实现,而AQS线程安全的实现依赖于两个关键类:Unsafe和LockSupport。
其中,Unsafe主要提供CAS操作(关于CAS,在文章《读懂AtomicInteger源码(多线程专题)》中讲解过),LockSupport主要提供park/unpark操作。实际上,park/unpark操作的最终调用还是基于Unsafe类,因此Unsafe类才是核心。
Unsafe类的实现是由native关键字说明的,这意味着这个方法是原生函数,是用C/C++语言实现的,并被编译成了DLL,由Java去调用。
park函数的作用是将当前调用线程阻塞,而unpark函数则是唤醒指定线程。
park是等待一个许可,unpark是为某线程提供一个许可。如果线程A调用park,除非另一个线程调用unpark(A)给A一个许可,否则线程A将阻塞在park操作上。每次调用一次park,需要有一个unpark来解锁。
并且,unpark可以先于park调用,但不管unpark先调用多少次,都只提供一个许可,不可叠加。只需要一次park来消费掉unpark带来的许可,再次调用会阻塞。
在Linux系统下,park和unpark是通过Posix线程库pthread中的mutex(互斥量)和condition(条件变量)来实现的。
简单来说,mutex和condition保护了一个叫_counter的信号量。当park时,这个变量被设置为0,当unpark时,这个变量被设置为1。当_counter=0时线程阻塞,当_counter>0时直接设为0并返回。
每个Java线程都有一个Parker实例,Parker类的部分源码如下:
由源码可知,Parker类继承于PlatformParker,实际上是用Posix的mutex和condition来实现的。Parker类里的_counter字段,就是用来记录park和unpark是否需要阻塞的标识。
具体的执行逻辑已经用注释标记在代码中,简要来说,就是检查_counter是不是大于0,如果是,则把_counter设置为0,返回。如果等于零,继续执行,阻塞等待。
unpark直接设置_counter为1,再unlock mutex返回。如果_counter之前的值是0,则还要调用pthread_cond_signal唤醒在park中等待的线程。源码如下:
(如果不会下载JVM源码可以后台回复“jdk”,获得下载压缩包)
java并发原子类AtomicBoolean解析
本文针对Java并发包下的原子类AtomicBoolean进行深入解析。在多线程环境中,传统的布尔变量`boolean`并非线程安全,容易导致数据竞争问题。为解决这一问题,引入了AtomicBoolean类,该类提供了一种线程安全的布尔值封装。
使用`AtomicBoolean`的主要原因在于其提供的原子操作保证了多线程环境下的线程安全。在`AtomicBoolean`内部实现中,主要依赖于`compareAndSet`方法和CAS(Compare and Swap)机制。通过CAS操作,`AtomicBoolean`能够在多线程环境下实现原子的更新操作,有效避免了数据竞争和并发问题。
在`AtomicBoolean`的源码中,`compareAndSet`方法使用了`Unsafe`类的`compareAndSwapInt`方法进行底层操作。CAS机制的核心思想是:在不进行锁操作的情况下,检查指定内存位置的预期值是否与当前值相等,若相等,则更新该位置的值为预期值;若不相等,则操作失败,返回原值。
为了理解这一机制,我们可以通过一个简单例子进行说明。假设我们希望在多线程环境下实现一个“先来后到”的规则,例如:一个人完成起床、上班和下班三件事后,另一个人才能开始。在单线程下,这一逻辑自然无问题,但在多线程环境下,`AtomicBoolean`可以确保这一顺序得到实现。
在实际应用中,`AtomicBoolean`类提供了丰富的原子操作方法,包括但不限于`compareAndSet`、`getAndSet`、`compareAndExchange`等。这些方法允许开发人员在多线程环境下安全地执行原子操作,简化了多线程编程的复杂性。
总结而言,`AtomicBoolean`是一个在Java并发编程中非常实用的工具类,它通过原子操作保证了多线程环境下的线程安全。对于开发者而言,掌握`AtomicBoolean`的使用方法和原理,可以有效避免数据竞争问题,提升程序的并发性能和稳定性。