除了使用 synchronized、Lock 加鎖之外，Java 中還有很多不需要加鎖就可以解決併發問題的工具類

一、原子工具類

JDK 1.8 中，java.util.concurrent.atomic 包下類都是原子類，原子類都是基於 sun.misc.Unsafe 實現的。

• CPU 為了解決併發問題，提供了 CAS 指令，全稱 Compare And Swap，即比較並交互
• CAS 指令需要 3 個參數，變量、比較值、新值。當變量的當前值與比較值相等時，才把變量更新為新值
• CAS 是一條 CPU 指令，由 CPU 硬件級別上保證原子性
• java.util.concurrent.atomic 包中的原子分為：原子性基本數據類型、原子性對象引用類型、原子性數組、原子性對象屬性更新器和原子性累加器

原子性基本數據類型：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong

原子性對象引用類型：AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference

原子性數組

原子性對象屬性更新：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

原子性累加器：DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator、LongAdder

修改我們之前測試原子性問題的類，使用 AtomicInteger 的簡單例子

package constxiong.concurrency.a026;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * 測試 原子類 AtomicInteger
 * 
 * @author ConstXiong
 */
public class TestAtomicInteger {

 // 計數變量
 static volatile AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 // 線程 1 給 count 加 10000
 Thread t1 = new Thread(() -> {
 for (int j = 0; j <10000; j++) {
 count.incrementAndGet();
 }
 System.out.println("thread t1 count 加 10000 結束");
 });

 // 線程 2 給 count 加 10000
 Thread t2 = new Thread(() -> {
 for (int j = 0; j <10000; j++) {
 count.incrementAndGet();
 }
 System.out.println("thread t2 count 加 10000 結束");
 });
 

 // 啟動線程 1
 t1.start();
 // 啟動線程 2
 t2.start();

 // 等待線程 1 執行完成
 t1.join();
 // 等待線程 2 執行完成
 t2.join();

 // 打印 count 變量
 System.out.println(count.get());
 }

}

打印結果如預期

thread t2 count 加 10000 結束
thread t1 count 加 10000 結束
20000

二、線程本地存儲

• java.lang.ThreadLocal 類用於線程本地化存儲。
• 線程本地化存儲，就是為每一個線程創建一個變量，只有本線程可以在該變量中查看和修改值。
• 典型的使用例子就是，spring 在處理數據庫事務問題的時候，就用了 ThreadLocal 為每個線程存儲了各自的數據庫連接 Connection。
• 使用 ThreadLocal 要注意，在不使用該變量的時候，一定要調用 remove() 方法移除變量，否則可能造成內存洩漏的問題。

示例

package constxiong.concurrency.a026;

/**
 * 測試 原子類 AtomicInteger
 * 
 * @author ConstXiong
 */
public class TestThreadLocal {

 // 線程本地存儲變量
 private static final ThreadLocal<integer> THREAD_LOCAL_NUM = new ThreadLocal<integer>() {
 @Override
 protected Integer initialValue() {//初始值
 return 0;
 }
 };

 public static void main(String[] args) { 

 for (int i = 0; i <3; i++) {// 啟動三個線程
 Thread t = new Thread() {
 @Override
 public void run() {
 add10ByThreadLocal();
 }
 };
 t.start();
 }
 }

 /**
 * 線程本地存儲變量加 5
 */
 private static void add10ByThreadLocal() {
 try {
 for (int i = 0; i <5; i++) {
 Integer n = THREAD_LOCAL_NUM.get();
 n += 1;
 THREAD_LOCAL_NUM.set(n);
 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : ThreadLocal num=" + n);
 }
 } finally {
 THREAD_LOCAL_NUM.remove();// 將變量移除
 }
 }
}
/<integer>/<integer>

每個線程最後一個值都打印到了 5

Thread-0 : ThreadLocal num=1
Thread-2 : ThreadLocal num=1
Thread-1 : ThreadLocal num=1
Thread-2 : ThreadLocal num=2
Thread-0 : ThreadLocal num=2
Thread-2 : ThreadLocal num=3
Thread-0 : ThreadLocal num=3
Thread-1 : ThreadLocal num=2
Thread-0 : ThreadLocal num=4
Thread-2 : ThreadLocal num=4
Thread-0 : ThreadLocal num=5
Thread-1 : ThreadLocal num=3
Thread-2 : ThreadLocal num=5
Thread-1 : ThreadLocal num=4
Thread-1 : ThreadLocal num=5
 

三、copy-on-write

• 根據英文名稱可以看出，需要寫時複製，體現的是一種延時策略。
• Java 中的 copy-on-write 容器包括：CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet。
• 涉及到數組的全量複製，所以也比較耗內存，在寫少的情況下使用比較適合。

簡單的 CopyOnWriteArrayList 的示例，這裡只是說明 CopyOnWriteArrayList 怎麼用，並且是線程安全的。這個場景並不適合使用 CopyOnWriteArrayList，因為寫多讀少。

package constxiong.concurrency.a026;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
 * 測試 copy-on-write
 * @author ConstXiong
 */
public class TestCopyOnWrite {

 private static final Random R = new Random();
 
 private static CopyOnWriteArrayList<integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<integer>();
// private static ArrayList<integer> cowList = new ArrayList<integer>();
 
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 List<thread> threadList = new ArrayList<thread>();
 //啟動 1000 個線程，向 cowList 添加 5 個隨機整數
 for (int i = 0; i <1000; i++) {
 Thread t = new Thread(() -> {
 for (int j = 0; j <5; j++) {
 //休眠 10 毫秒，讓線程同時向 cowList 添加整數，引出併發問題
 try {
 Thread.sleep(10);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 cowList.add(R.nextInt(100));
 }
 }) ;
 t.start();
 threadList.add(t);
 } 

 
 for (Thread t : threadList) {
 t.join();
 }
 System.out.println(cowList.size());
 }
}
/<thread>/<thread>/<integer>/<integer>/<integer>/<integer>

打印結果

5000

如果把

private static CopyOnWriteArrayList<integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<integer>();
/<integer>/<integer>

改為

private static ArrayList<integer> cowList = new ArrayList<integer>();
/<integer>/<integer>

打印結果就是小於 5000 的整數了

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關鍵字: 中央處理器 無鎖 數據庫