JAVA 安全与并发

2018-05-08 本文已影响79人靈08_1024

在现在的互联网环境，对于并发和安全的依赖，变得越来越重要。而想学好一门语言，就变得至关重要了。我们决定从以下几方面来述说安全与并发。其中包括原子类、JUC、AQS、锁等。

原子类

在JAVA中有一种类，是以Atomic开头的，比如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicDouble、AtomicBoolean等，成为JAVA中的原子类(since 1.5)。

而对于原子类来说，保证其并发的一致性，是CAS操作（CompareAndSwap）。即当一个数符合指定的期望值时，再进行更新，否则不会进行更新。

缺点：

对于ABA问题不能良好的解决。
CPU消耗高，开销大。

需要一说的是AtomicLong和LongAdder类的使用。
为什么会有LongAdder(since 1.8)呢，因为JAVA对于64位（AtomicLong）的操作时分成两个32位进行操作的。
在单线程时，AtomicLong的效率是高于LongAdder的；
但对于多线程，LongAdder的效率是呈倍数高于AtomicLong的。因为LongAdder会将单点更新的压力分散到各个节点（Cell）。
在多线程统计数时，如果有并发更新，LongAdder会出现数据误差。
对于序列号，建议采用AtomicLong。

同理还有AtomicDouble和DoubleAdder。

Tips：ABA问题：一个数从A变到B，再变回A的过程。如果刚开始拿到A，在CAS之前经过ABA，在比较时则还是A，变的是里。此时需要AtomicStampedReference,这个类在使用时，会有用户指定的版本(stamp)。
如果需要对某一段代码只执行一次，使用AtomicBoolean就可以了。

参考：jdk1.8 LongAdder源码学习。
LongAdder是根据ConcurrentHashMap这类为并发设计的类的基本原理——锁分段，来实现的，它里面维护一组按需分配的计数单元，并发计数时，不同的线程可以在不同的计数单元上进行计数，这样减少了线程竞争，提高了并发效率。本质上是用空间换时间的思想，不过在实际高并发情况中消耗的空间可以忽略不计。

容器

JAVA与集合。

AQS

AQS，AbstractQueuedSynchronizer，其核心是一个线程等待队列，采用的是一个先进先出FIFO队列。可以同时实现共享锁和排它锁(但一般同时只适用一个)。以下是基于AQS的工具类。

CountDownLatch

一个递减闭锁（门闩）。适合指定线程执行完以后进行别的处理的操作。
主要方法：
countDownLatch.countDown()递减1，直到减为0.
countDownLatch.await()当该countDownLatch减为0时，才可以从此路过，走后面的方法。

Semaphore

适合控制同时并发的线程数。
主要方法：
semaphore.acquire()获取线程数，默认为1。
semaphore.release()释放获取的所有线程数。

CyclicBarrier

和CountDownLatch类似，但适用于多线程的等待。当多个线程都达到指定目标后，才执行后面的代码。
主要方法：
cyclicBarrier.await()当该cyclicBarrier增加到指定的线程数时，才可以从此路过，走后面的方法。
特点：

可以循环适用；
可以很好的服务于多线程；

CyclicBarrier和CountDownLatch的比较
1. CyclicBarrier 可以reset重置，而CountDownLatch只能使用一次；
2. CyclicBarrier递增，CountDownLatch递减；
3. CountDownLatch针对于一个（或n个）线程等待其他线程的关系，而CyclicBarrier是针对于多个线程相互等待的关系。

锁

JAVA与锁。

JAVA常用类的安全

ThreadLocal

俗称线程本地变量。其内部是采用了一个内部类ThreadLocalMap，然后把该内部类的值存储在当前线程上来实现的。还有ThreadLocal只能存储一个值，因为其key就是this，他自己。ThreadLocalMap中的Entry是一个弱引用，原因是如果弱引用的对象被回收了，那么弱引用会被GC掉，而无需手动GC。
特点：

线程安全性；
弱引用；

注意事项：每次GC来临时，Entry肯定会被回收，所以在每次使用完ThreadLocal时，调用其remove()方法，防止内存泄漏。

StringBuffer与StringBuilder

StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder是线程不安全的。StringBuffer的安全是因为其所有的方法时采用synchronized的。而在方法中，因为有栈封闭效果，所以平时使用StringBuilder类。

SimpleDateFormat

SimpleDateFormat在当成全局变量使用时，也是线程不安全的。

常用的线程安全要记

定义全局变量时，不要定义ArrayList、HashSet、HashMap等不安全的类。

JAVA多线程优化

避免死锁
尽可能使用线程池
尽量缩小锁的粒度（范围）
多使用栈封闭变量

《Java并发编程与高并发解决方案》课程相关手记汇总 - 持续更新。
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