Java StampedLock：饥饿预防机制深度解析 大家好，今天我们来深入探讨Java并发包中的 StampedLock，特别是它如何处理读锁饥饿问题。StampedLock 作为一种高级读写锁，在某些场景下性能优于传统的 ReentrantReadWriteLock。但如果不加注意，可能会出现读锁饥饿，即写锁持续到来导致读锁一直无法获取。我们将详细分析 StampedLock 的工作原理，揭示读锁饥饿的成因，并提供有效的预防机制。 StampedLock 简介 StampedLock 提供了三种锁模式： 写锁 (Write Lock): 独占锁，同一时刻只允许一个线程持有。 读锁 (Read Lock): 共享锁，多个线程可以同时持有。 乐观读锁 (Optimistic Read Lock): 一种轻量级的读锁，不阻塞写锁，但需要后续验证数据一致性。 StampedLock 的核心思想是基于 stamp 的操作。线程尝试获取锁时，会返回一个 stamp 值，这个 stamp 值代表了锁的状态。线程在释放锁或者验证乐观读锁时，需要提供对应的 stamp 值。 StampedLock …
Java中的CAS：底层CPU指令与内存屏障在多核环境下的协同作用
Java CAS：底层CPU指令与内存屏障在多核环境下的协同作用 各位听众，大家好。今天我们来深入探讨Java中的CAS（Compare-and-Swap）机制，以及它在多核环境下如何借助底层CPU指令和内存屏障来实现并发安全。CAS是实现无锁算法的核心，理解其底层原理对于编写高性能、高并发的Java应用至关重要。 1. 什么是CAS？ CAS，即“比较并交换”，是一种原子操作。它包含三个操作数： V (Variable)： 需要更新的变量的内存地址。 E (Expected)： 预期值。 N (New)： 新值。 CAS操作会尝试将V的值更新为N，前提是V的当前值等于E。如果V的值等于E，则将V的值原子地更新为N，并返回true；否则，不做任何操作，并返回false。这个过程是原子性的，也就是说，在多线程环境下，CAS操作不会被中断，要么全部执行成功，要么全部不执行。 Java中的CAS实现 在Java中，CAS操作通常通过 java.util.concurrent.atomic 包下的原子类来实现，例如 AtomicInteger, AtomicLong, AtomicRefere …
Java并发容器：ConcurrentSkipListMap/Set的跳跃表（Skip List）实现与并发控制
Java并发容器：ConcurrentSkipListMap/Set的跳跃表（Skip List）实现与并发控制 大家好，今天我们来深入探讨Java并发容器中的ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet，重点分析它们底层基于的跳跃表（Skip List）数据结构以及相关的并发控制机制。 1. 跳跃表（Skip List）概览 跳跃表是一种基于概率分布的有序数据结构，可以在平均O(log n)的时间复杂度内完成查找、插入和删除操作。它通过维护多个层级的链表，从而实现快速的查找。可以将其视为平衡树的一种替代方案，但实现起来相对简单。 1.1 跳跃表的基本结构 一个跳跃表由多个层级（level）的链表组成。 底层链表（Level 0）：包含所有元素，并且是有序的。 上层链表（Level 1, Level 2, …）：是底层链表的子集，用于加速查找过程。 每个节点包含一个key（键）和多个forward指针，forward指针指向该节点在对应层级上的下一个节点。最高层级的节点数量最少，使得查找可以快速到达目标节点附近。 1.2 跳跃表查找 …
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Java中的CAS操作：在PowerPC/ARM等不同CPU架构上的实现差异
Java CAS 操作：PowerPC/ARM 等不同 CPU 架构上的实现差异 大家好，今天我们来深入探讨 Java 中的 CAS（Compare-and-Swap）操作，重点关注其在 PowerPC 和 ARM 等不同 CPU 架构上的实现差异。CAS 作为一种重要的无锁并发原语，在 Java 并发编程中扮演着举足轻重的角色。理解其底层实现，有助于我们更好地利用 CAS 解决并发问题，并避免潜在的性能瓶颈。 1. CAS 的基本概念与 Java 中的应用 CAS 是一种原子指令，用于无锁地更新共享变量。它包含三个操作数： 内存地址 (V): 要操作的变量的内存地址。 期望值 (A): 我们期望该变量当前的值。 新值 (B): 如果变量的当前值等于期望值，则将其更新为新值。 CAS 指令会原子性地执行以下步骤： 读取内存地址 V 的当前值。 将当前值与期望值 A 进行比较。 如果当前值等于 A，则将内存地址 V 的值更新为 B。 返回一个布尔值，指示更新是否成功。 如果更新成功，返回 true；否则，返回 false。 在 Java 中，CAS 操作主要通过 java.util.co …
Java并发：使用WeakReference实现并发容器中的Value失效机制
Java并发：使用WeakReference实现并发容器中的Value失效机制 大家好，今天我们来深入探讨一个在并发编程中非常有用的技巧：如何利用 WeakReference 实现并发容器中Value的失效机制。在某些场景下，我们希望容器中的Value对象在不再被其他地方引用时，能够自动从容器中移除，从而释放内存资源。WeakReference 就能很好地帮助我们实现这个目标。 1. 为什么需要Value失效机制？ 在并发环境中，我们经常使用容器来缓存一些计算结果或者对象，以便提高性能。例如，我们可以使用 ConcurrentHashMap 来缓存用户的会话信息，或者缓存一些昂贵的计算结果。但是，如果这些缓存的Value对象不再被其他地方引用，它们就会一直占用内存空间，导致内存泄漏。 Value失效机制的引入是为了解决这个问题。通过设置Value的失效策略，我们可以让容器在Value对象不再被引用时，自动将其从容器中移除，从而释放内存资源。 2. WeakReference 简介 java.lang.ref.WeakReference 是Java提供的一种弱引用类型。与强引用不同，弱引 …
Java AQS框架：如何利用getState()和setState()实现同步状态的原子操作
Java AQS框架：getState()和setState()实现同步状态的原子操作 大家好，今天我们要深入探讨Java并发包java.util.concurrent.locks中的一个核心框架：AbstractQueuedSynchronizer (AQS)，以及它如何利用getState()和setState()方法实现同步状态的原子操作。 AQS是构建锁和其他同步组件的基础，理解它的工作原理对于编写高效、可靠的并发程序至关重要。 1. AQS 框架概述 AQS（AbstractQueuedSynchronizer），即抽象队列同步器，是一个用来构建锁和同步器的框架。它内部维护了一个同步状态（state）和一个FIFO队列。 AQS的设计思想是将同步状态的管理和线程的阻塞/唤醒机制解耦。 子类只需要实现对同步状态的控制，而无需关心线程的排队和唤醒细节，这些由AQS框架负责处理。 AQS基于模板方法模式，提供了一系列的protected方法供子类实现，用来控制同步状态。 其中，getState()和setState()是两个最基础的方法，用于获取和设置同步状态。 2. getSta …
JVM的类加载：在双亲委派模型中，自定义加载器打破委派链的风险
JVM类加载：双亲委派模型的挑战与应对 各位朋友，大家好！今天我们来聊聊JVM类加载机制中一个非常重要的概念——双亲委派模型，以及在这种模型下，自定义类加载器可能带来的风险，特别是如何打破委派链。 一、类加载机制：Java代码的生命线 Java程序的运行离不开类加载机制。简单来说，类加载就是将.class字节码文件加载到JVM内存中，并进行验证、准备、解析和初始化，最终形成可被JVM使用的Java类型的过程。这个过程赋予了Java程序动态性和扩展性，使得我们可以在运行时加载新的类，实现各种灵活的功能。 类加载过程大致分为五个阶段： 加载（Loading）： 查找并加载类的.class文件到内存中。 验证（Verification）： 确保.class文件的字节码符合JVM规范，不会危害JVM安全。 准备（Preparation）： 为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值。 解析（Resolution）： 将符号引用替换为直接引用。 初始化（Initialization）： 执行类的静态初始化器和静态变量赋值语句。 二、双亲委派模型：保障安全与一致性的基石 为了保证Java核心类库的安 …
Java的JNI/JNA：在不同操作系统上调用原生库的线程模型差异
Java JNI/JNA：不同操作系统上调用原生库的线程模型差异 大家好，今天我们来深入探讨一个Java开发中经常遇到的挑战：使用JNI/JNA调用原生库时，在不同操作系统上可能遇到的线程模型差异。这不仅是性能优化的关键，也关系到程序的稳定性和可维护性。 什么是JNI/JNA？ 在开始之前，我们先简单回顾一下JNI和JNA的概念。 JNI (Java Native Interface): JNI是Java提供的一个框架，允许Java代码调用使用其他编程语言（如C、C++）编写的本地库，反之亦然。通过JNI，Java程序可以利用底层操作系统的功能，或者使用性能敏感的代码来提高效率。你需要编写C/C++代码，并使用特定的头文件和编译规则。 JNA (Java Native Access): JNA 是一个建立在JNI之上的框架，旨在简化本地库的调用。JNA允许你在不编写任何C/C++代码的情况下，直接从Java代码中调用本地库。它使用Java接口和自动映射机制来处理数据类型和函数调用。 为什么需要关注线程模型差异？ 当我们从Java调用原生代码时，我们需要理解Java虚拟机(JVM)的线程 …
JVM的本地方法栈（Native Method Stack）：与Java栈帧的交互与数据传递
JVM的本地方法栈（Native Method Stack）：与Java栈帧的交互与数据传递 大家好，今天我们来深入探讨JVM的本地方法栈，以及它如何与Java栈帧交互和传递数据。本地方法栈是JVM执行本地（Native）方法的重要场所，理解它的工作原理对于深入理解JVM、性能优化以及解决一些底层问题至关重要。 1. 什么是本地方法？ 首先，我们需要明确什么是本地方法。本地方法是由非Java语言（如C、C++）编写的代码，通过JNI（Java Native Interface）技术被Java程序调用的方法。本地方法通常用于访问操作系统底层资源、实现性能敏感的代码或者利用已有的非Java库。 2. 本地方法栈的作用 本地方法栈类似于Java栈，但它服务于本地方法。当JVM执行一个本地方法时，它会在本地方法栈中创建一个栈帧（Frame），用于存储本地方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。不同的JVM实现可能对本地方法栈的具体实现有所不同，但其基本功能是一致的。 3. 本地方法栈与Java栈帧的交互 本地方法栈与Java栈帧的交互是JNI的核心。Java栈帧中的信息需要传递给本 …
Java中的String Pool：G1/ZGC等收集器对字符串常量池的回收机制
Java String Pool 与 G1/ZGC 的回收机制 大家好，今天我们来深入探讨Java中一个非常重要的概念——String Pool（字符串常量池），以及现代垃圾收集器如G1和ZGC如何与String Pool进行交互，并处理其中可能存在的垃圾字符串。 什么是String Pool？ String Pool，也称为字符串常量池，是Java虚拟机（JVM）为了优化字符串操作而设计的一个特殊内存区域。它存储着字符串字面量以及通过String.intern()方法添加到池中的字符串实例的引用。其核心作用在于提高性能和节省内存，尤其是在大量字符串操作的场景下。 工作原理： 字符串字面量： 当我们在代码中使用字符串字面量（例如 “hello”）时，JVM会首先检查String Pool中是否已经存在相同内容的字符串。 如果存在，则直接返回池中字符串的引用，而不是创建新的字符串对象。 如果不存在，则在池中创建一个新的字符串对象，并返回该对象的引用。 String.intern()方法： String.intern()方法的作用是将一个字符串对象尝试放入String Pool。 如果池中 …