Java并发：使用CyclicBarrier实现线程间的多次、可重置同步点 大家好，今天我们来深入探讨Java并发编程中一个非常有用的工具类：CyclicBarrier。它提供了一种优雅的方式来实现线程间的多次、可重置的同步点，特别适用于需要多个线程协同工作，并在每个阶段完成后才能进入下一阶段的场景。 1. CyclicBarrier的定义和基本原理 CyclicBarrier，顾名思义，是一个循环栅栏。它允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达一个公共屏障点（barrier point），然后这些线程才能继续执行。与CountDownLatch不同的是，CyclicBarrier可以被重置并重复使用，这意味着线程可以多次到达屏障点，并继续执行后续的步骤。 CyclicBarrier的核心机制是内部维护一个计数器，初始值为构造函数中指定的线程数量。每当一个线程调用await()方法时，计数器减1。当计数器变为0时，表示所有线程都已到达屏障点。此时，CyclicBarrier会执行一个可选的Runnable任务（称为屏障操作），然后唤醒所有等待的线程，允许它们继续执行。完成一次同步后，计 …
Java线程池：如何在工作线程中实现对ThreadLocal的清理与重用
Java线程池中ThreadLocal的清理与重用：一场关于内存泄漏的攻防战 各位同学，大家好！今天我们来聊聊Java线程池中ThreadLocal的使用，以及如何避免因为不当使用ThreadLocal造成的内存泄漏问题。这是一个非常重要的议题，尤其是在高并发、长时间运行的应用程序中。 一、ThreadLocal的本质：线程隔离的存储空间 首先，我们要理解ThreadLocal是什么。简单来说，ThreadLocal提供了一种线程隔离的存储机制，允许每个线程拥有自己独立的变量副本。这意味着，即使多个线程访问同一个ThreadLocal对象，它们操作的也是各自线程内部的变量副本，互不影响。 想象一下，你是一家公司的员工，每个人都有自己的办公桌。ThreadLocal就相当于你的办公桌，你可以随意摆放和使用，不会影响到其他同事的办公桌。 ThreadLocal的内部结构： ThreadLocal的实现依赖于 Thread 类中的 threadLocals 字段，它是一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap 类型的对象。ThreadLocalMap 类似于一个定制的 Has …
Java中的Phaser同步器：实现多阶段、可重用同步屏障的底层机制
好的，我们开始今天的讲座，主题是Java中的Phaser同步器：实现多阶段、可重用同步屏障的底层机制。 Phaser同步器：多阶段同步的利器 在并发编程中，我们经常需要多个线程在执行到某个特定点时进行同步，确保所有线程都到达该点后，才能继续执行后续操作。Java提供了多种同步工具，例如CountDownLatch、CyclicBarrier等，但它们在处理多阶段同步或需要动态调整参与线程数量的场景下，显得有些力不从心。这时，Phaser就派上了用场。 Phaser是一个灵活且强大的同步器，它提供了一种可重用、多阶段的同步屏障机制。它允许一组线程在多个阶段内协调工作，并且可以动态地注册和注销参与者，这使得它非常适合处理复杂并发场景，例如并行迭代、分而治之算法等。 Phaser的核心概念 要理解Phaser，我们需要掌握几个关键概念： Phase（阶段）: Phaser的核心是阶段的概念。每个Phaser对象维护一个内部的阶段计数器，初始值为0。当所有已注册的参与者都到达当前阶段的同步点时，Phaser会将阶段计数器递增，进入下一个阶段。 Parties（参与者）: 参与者是指注册到Pha …
Java并发编程：如何避免锁的饥饿（Starvation）问题与公平性策略
Java并发编程：如何避免锁的饥饿（Starvation）问题与公平性策略 大家好，今天我们来聊聊Java并发编程中一个比较隐蔽但又非常重要的问题：锁的饥饿（Starvation）。我们会深入探讨什么是锁的饥饿，它产生的原因，以及如何使用公平性策略来避免它。 什么是锁的饥饿（Starvation）？ 想象一下，你和一群朋友排队买演唱会门票。如果每次轮到你的时候，总有人插队，或者售票员总是优先卖给其他人，那么你可能永远都买不到票。这就是饥饿的一个简单类比。 在并发编程中，当一个或多个线程因为某种原因，无法获得它们需要的资源（通常是锁），从而无法执行任务，这种情况就被称为饥饿。导致饥饿的原因有很多，但最常见的是锁的竞争。 更具体地说，一个线程的饥饿状态是指它长期地、重复地无法获得执行所需的资源，即使这些资源在理论上是可用的。 这种“长期”和“重复”是关键，偶尔一次的资源竞争不算是饥饿，但如果一个线程总是被其他线程“挤掉”，那它就可能处于饥饿状态。 饥饿产生的原因 导致饥饿的原因有很多，主要包括以下几个方面： 非公平锁的竞争： 这是最常见的原因。Java中默认的ReentrantLock是非 …
Java的AtomicReferenceFieldUpdater：实现对volatile字段的CAS操作
Java AtomicReferenceFieldUpdater：深入解析 volatile 字段的 CAS 操作 大家好，今天我们来深入探讨 Java 并发编程中一个重要的工具类：AtomicReferenceFieldUpdater。它允许我们对对象的 volatile 字段执行原子性的比较并交换 (CAS) 操作，这在构建高性能、线程安全的数据结构时至关重要。 1. CAS 操作与并发控制 在并发编程中，多个线程可能同时访问和修改共享变量。为了避免数据竞争和不一致性，我们需要采用同步机制。传统的同步机制，如 synchronized 关键字，通常会带来较大的性能开销，因为它们会导致线程阻塞。 CAS (Compare and Swap) 操作是一种无锁的原子操作，它通过比较内存中的值与期望值，如果相等则更新为新值。CAS 操作通常由 CPU 提供硬件级别的支持，因此性能很高。 CAS 操作的基本流程如下： 读取共享变量的当前值。 计算新的值。 尝试使用 CAS 操作将共享变量的值从当前值更新为新值。 如果 CAS 操作成功，说明没有其他线程修改过该变量，操作完成。 如果 CAS …
Java的StampedLock：如何通过tryUnlockRead()实现乐观读锁的释放
Java StampedLock：tryUnlockRead() 实现乐观读锁释放的深入解析 各位同学，今天我们来深入探讨Java并发包中的 StampedLock，特别是它如何通过 tryUnlockRead() 方法实现乐观读锁的释放。StampedLock 是 ReentrantReadWriteLock 的一个强大替代品，它提供了更灵活的读写锁机制，允许我们实现更细粒度的并发控制。 1. StampedLock 简介：背景与优势 传统的 ReentrantReadWriteLock 在读多写少的场景下表现良好，但它也存在一些固有的限制： 悲观读锁： 只要有写锁存在，读锁就会被阻塞。这意味着即使写操作只是短暂的，也会导致读操作的延迟。 锁降级困难： 从写锁降级到读锁虽然可以实现，但过程比较复杂，需要先释放写锁，然后再获取读锁。 StampedLock 旨在解决这些问题，它引入了以下关键特性： 乐观读： 允许读取线程在没有写锁的情况下读取共享资源，从而避免了不必要的阻塞。 悲观读写锁： 提供传统的互斥读写锁，与 ReentrantReadWriteLock 类似。 Stamped …
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，今天我们来探讨一个在并发编程中非常实用的技巧：如何利用 WeakReference 实现并发容器中的 Value 失效机制。在并发环境下，缓存、会话管理以及其他需要临时存储数据的场景非常普遍。然而，如果不加以控制，这些数据可能会无限增长，最终导致内存溢出。WeakReference 提供了一种优雅的方式来解决这个问题，允许我们在内存压力下自动清理不再强引用的 Value。 1. 问题背景：并发容器的内存管理 在并发程序中，我们经常需要使用并发容器，例如 ConcurrentHashMap，来存储一些临时数据。这些数据可能是一些计算结果、会话信息或者其他需要在多个线程之间共享的状态。然而，一个常见的问题是，这些数据可能变得不再需要，但由于并发容器持有对它们的强引用，导致它们无法被垃圾回收器回收，最终造成内存泄漏。 例如，考虑一个缓存场景： import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class Cache { private final …
Java中的CLH Lock：基于队列实现公平锁的链表节点结构与操作
Java中的CLH Lock：基于队列实现公平锁的链表节点结构与操作 大家好，今天我们来深入探讨一种有趣的锁实现方式：CLH锁。CLH锁，以其发明者 Craig, Landin, and Hagersten 的名字命名，是一种基于队列的自旋锁，它保证了公平性，即先请求锁的线程会先获得锁。与常见的自旋锁不同，CLH锁不是直接在共享变量上进行竞争，而是通过维护一个链表队列来协调线程对锁的访问。 1. CLH锁的基本原理 CLH锁的核心思想是将所有请求锁的线程组织成一个FIFO队列。每个线程对应队列中的一个节点，节点中包含一个状态位，用于指示该线程是否可以获得锁。当一个线程请求锁时，它首先将自己添加到队列的尾部，然后检查前驱节点的状态位。如果前驱节点的状态位指示锁已经被释放，那么该线程就可以获得锁，否则它将自旋等待前驱节点释放锁。释放锁时，当前持有锁的线程将其后继节点的状态位设置为已释放，从而允许后继线程获得锁。 这种机制避免了多个线程同时竞争同一个共享变量，从而减少了缓存一致性问题的发生，提高了锁的性能。同时，由于线程按照请求的顺序获得锁，因此保证了公平性。 2. CLH锁的链表节点结构 …
Java AQS的共享模式：如何利用tryAcquireShared()实现资源的并发访问控制
Java AQS 共享模式：构建并发访问控制的基石 大家好，今天我们深入探讨Java AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的共享模式，以及如何利用tryAcquireShared()方法来实现资源的并发访问控制。AQS是Java并发包java.util.concurrent的核心基石，理解AQS对于构建高性能、高可靠的并发应用至关重要。 1. AQS 简介：并发同步的抽象框架 AQS是一个抽象类，它提供了一个框架，用于构建锁和相关的同步器。它通过维护一个同步状态（state，一个volatile int变量）和一个FIFO等待队列来实现同步机制。AQS定义了两种模式： 独占模式（Exclusive Mode）： 只有一个线程可以持有资源。例如，ReentrantLock。 共享模式（Shared Mode）： 多个线程可以同时持有资源。例如，Semaphore、CountDownLatch。 我们今天的重点是共享模式。 2. 共享模式的核心方法：tryAcquireShared() 在共享模式中，tryAcquireShared(int arg) 方法是核心。 …
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中的本地方法栈（Native Method Stack）。 理解本地方法栈对于理解Java程序如何与底层操作系统或硬件交互至关重要。 1. 什么是本地方法栈？ 本地方法栈，顾名思义，是JVM用于执行本地方法（Native Methods）的内存区域。 本地方法是用其他语言（例如C、C++）编写的，通过JNI（Java Native Interface）调用。 与Java栈类似，本地方法栈也是线程私有的。 每个线程在创建时都会分配一个本地方法栈。 本地方法栈存储了本地方法的调用信息，包括局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等。 2. 本地方法与JNI 在深入本地方法栈之前，我们需要了解本地方法以及JNI。 本地方法（Native Method）： 本地方法是在Java类中声明，但由其他语言（通常是C/C++）实现的方法。 使用native关键字修饰。 例如： public class NativeExample { public native int nativ …