總結(jié)Java中實(shí)現(xiàn)并發(fā)的幾種方法 附完整代碼

最近，小編發(fā)現(xiàn)了一篇關(guān)于Java實(shí)現(xiàn)并發(fā)的方法總結(jié)的文章，來(lái)和大家分享一下。下面是詳細(xì)內(nèi)容，有興趣的小伙伴們可以閱讀一下。

Java實(shí)現(xiàn)并發(fā)的幾種方法

Java程序默認(rèn)以單線程方式運(yùn)行。

synchronized

Java 用過(guò)synchronized 關(guān)鍵字來(lái)保證一次只有一個(gè)線程在執(zhí)行代碼塊。

public synchronized void code() {
    // TODO
}

Volatile

Volatile 關(guān)鍵字保證任何線程在讀取Volatile修飾的變量的時(shí)候，讀取的都是這個(gè)變量的最新數(shù)據(jù)。

Threads 和 Runnable

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
     // TODO
    }
}

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = new MyRunnable();
        Thread worker = new Thread(task);
        worker.setName('Myrunnable');
        worker.start();
}

創(chuàng)建thread會(huì)有很多overhead，性能低且不易管理

Thread pools

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Main {
    private static final int NUMOFTHREDS = 5;
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(NUMOFTHREDS);
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            Runnable worker = new MyRunnable(i);
            executor.execute(worker);
        }
        // executor不接受新的threads
        executor.shutdown();
        // 等待所有threads結(jié)束
        executor.awaitTermination();
        System.out.println("Finished all threads");
    }
}

Futures 和 Callables

因?yàn)镽unnable對(duì)象無(wú)法向調(diào)用者返回結(jié)果，我們可以用Callable類來(lái)返回結(jié)果。

package de.vogella.concurrency.callables;
import java.util.concurrent.Callable;
public class MyCallable implements Callable<Long> {
    @Override
    public Long call() throws Exception {
  // TODO
  int sum = 1;
        return sum;
    }
}

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
public class CallableFutures {
    private static final int NUMOFTHREDS = 5;
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(NUMOFTHREDS);
        List<Future<Long>> list = new ArrayList<Future<Long>>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Callable<Long> worker = new MyCallable();
            Future<Long> submit = executor.submit(worker);
            list.add(submit);
        }
        long sum = 0;
        for (Future<Long> future : list) {
            try {
                sum += future.get();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(sum);
        executor.shutdown();
    }
}

CompletableFuture

CompletableFuture 在Future的基礎(chǔ)上增加了異步調(diào)用的功能。callback()函數(shù)Thread執(zhí)行結(jié)束的時(shí)候會(huì)自動(dòng)調(diào)用。

CompletableFuture既支持阻塞，也支持非阻塞的callback()

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class CompletableFutureSimpleSnippet {
    public static void main(String[] args) { 
        CompletableFuture<Integer>  data = createCompletableFuture()
                .thenApply((Integer count) -> {
                    int transformedValue = count * 10;
                    return transformedValue;
                });
            try {
              int count = futureCount.get();
             } catch (InterruptedException | ExecutionException ex) {
            }
    }
    private static CompletableFuture<Integer> createCompletableFuture() {
        CompletableFuture<Integer> futureCount = CompletableFuture.supplyAsync(
                () -> {
                    return 1;
                });
        return futureCount;
    }
}

補(bǔ)充：Java如何處理高并發(fā)的情況

為了更好的理解并發(fā)和同步，需要先明白兩個(gè)重要的概念:同步和異步

所謂同步，可以理解為在執(zhí)行完一個(gè)函數(shù)或方法之后，一直等待系統(tǒng)返回值或消息，這時(shí)程序是出于阻塞的，只有接收到返回的值或消息后才往下執(zhí)行其它的命令。 同步就是一件事，一件事情一件事的做。

異步，執(zhí)行完函數(shù)或方法后，不必阻塞性地等待返回值或消息，只需要向系統(tǒng)委托一個(gè)異步過(guò)程，那么當(dāng)系統(tǒng)接收到返回值或消息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)委托的異步過(guò)程，從而完成一個(gè)完整的流程。異步就是，做一件事情，不影響做其他事情。

同步關(guān)鍵字synchronized，假如這個(gè)同步的監(jiān)視對(duì)象是類的話，那么如果當(dāng)一個(gè)對(duì)象 訪問(wèn)類里面的同步方法的話，那么其它的對(duì)象如果想要繼續(xù)訪問(wèn)類里面的這個(gè)同步方法的話，就會(huì)進(jìn)入阻塞，只有等前一個(gè)對(duì)象 執(zhí)行完該同步方法后當(dāng)前對(duì)象才能夠繼續(xù)執(zhí)行該方法。這就是同步。相反，如果方法前沒(méi)有同步關(guān)鍵字修飾的話，那么不同的對(duì)象可以在同一時(shí)間訪問(wèn)同一個(gè)方法，這就是異步。

臟數(shù)據(jù)：就是指當(dāng)一個(gè)事務(wù)正在訪問(wèn)數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，而這種修改還沒(méi)有提交到數(shù)據(jù)庫(kù)中，這時(shí)，另外一個(gè)事務(wù)也訪問(wèn)這個(gè)數(shù)據(jù)，然后使用了這個(gè)數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)是還沒(méi)有提交的數(shù)據(jù)，那么另外一個(gè)事務(wù)讀到的這個(gè)數(shù)據(jù)是臟數(shù)據(jù)(Dirty Data)，依據(jù)臟數(shù)據(jù)所做的操作可能是不正確的。

1、什么是并發(fā)問(wèn)題

多個(gè)進(jìn)程或線程同時(shí)(在同一段時(shí)間內(nèi))訪問(wèn)同一資源會(huì)產(chǎn)生并發(fā)問(wèn)題。

比如A、B操作員同時(shí)讀取一余額為1000元的賬戶，A操作員為該賬戶增加100元，B操作員同時(shí)為該賬戶減去 50元，A先提交，B后提交。 最后實(shí)際賬戶余額為1000-50=950元，但本該為 1000+100-50=1050。這就是典型的并發(fā)問(wèn)題。如何解決？

處理并發(fā)和同同步問(wèn)題主要是通過(guò)鎖機(jī)制。

2、如何處理并發(fā)和同步

一種是java中的同步鎖，典型的就是同步關(guān)鍵字synchronized。

另外一種比較典型的就是悲觀鎖和樂(lè)觀鎖。

在java中有兩種方式實(shí)現(xiàn)原子性操作（即同步操作）：

1）使用同步關(guān)鍵字synchronized

2）使用lock鎖機(jī)制其中也包括相應(yīng)的讀寫鎖

悲觀鎖，正如其名，它指的是對(duì)數(shù)據(jù)被外界（包括本系統(tǒng)當(dāng)前的其他事務(wù)，以及來(lái)自 外部系統(tǒng)的事務(wù)處理）修改持保守態(tài)度，因此，在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)。

樂(lè)觀鎖，大多是基于數(shù)據(jù)版本 Version ）記錄機(jī)制實(shí)現(xiàn)。何謂數(shù)據(jù)版本？即為數(shù)據(jù)增加一個(gè)版本標(biāo)識(shí)，在基于數(shù)據(jù)庫(kù)表的版本解決方案中，一般是通過(guò)為數(shù)據(jù)庫(kù)表增加一個(gè) “version” 字段來(lái) 實(shí)現(xiàn)。 讀取出數(shù)據(jù)時(shí)，將此版本號(hào)一同讀出，之后更新時(shí)，對(duì)此版本號(hào)加一。此時(shí)，將提 交數(shù)據(jù)的版本數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)表對(duì)應(yīng)記錄的當(dāng)前版本信息進(jìn)行比對(duì)，如果提交的數(shù)據(jù) 版本號(hào)大于數(shù)據(jù)庫(kù)表當(dāng)前版本號(hào)，則予以更新，否則認(rèn)為是過(guò)期數(shù)據(jù)。

樂(lè)觀鎖機(jī)制是在我們的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，來(lái)自外部系統(tǒng)的用戶 余額更新操作不受我們系統(tǒng)的控制，因此可能會(huì)造成臟數(shù)據(jù)被更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，我們應(yīng)該充分考慮到這些情況出現(xiàn)的可能性，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整（如 將樂(lè)觀鎖策略在數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，對(duì)外只開(kāi)放基于此存儲(chǔ)過(guò)程的數(shù)據(jù)更新途 徑，而不是將數(shù)據(jù)庫(kù)表直接對(duì)外公開(kāi)）。

【謹(jǐn)防在此，面試官會(huì)問(wèn)到死鎖的相關(guān)問(wèn)題?。?！關(guān)于死鎖的問(wèn)題，在其余某篇博客都有說(shuō)明】

3、常見(jiàn)并發(fā)同步案例分析

案例一、訂票系統(tǒng)案例

某航班只有一張機(jī)票，假定有1w個(gè)人打開(kāi)你的網(wǎng)站來(lái)訂票，問(wèn)你如何解決并發(fā)問(wèn)題(可擴(kuò)展到任何高并發(fā)網(wǎng)站要考慮的并發(fā)讀寫問(wèn)題)

假定我們采用了同步機(jī)制或者數(shù)據(jù)庫(kù)物理鎖機(jī)制，如何保證1w個(gè)人還能同時(shí)看到有票，顯然會(huì)犧牲性能，在高并發(fā)網(wǎng)站中是不可取的。

采用樂(lè)觀鎖即可解決此問(wèn)題。樂(lè)觀鎖意思是不鎖定表的情況下，利用業(yè)務(wù)的控制來(lái)解決并發(fā)問(wèn)題，這樣即保證數(shù)據(jù)的并發(fā)可讀性又保證保存數(shù)據(jù)的排他性，保證性能的同時(shí)解決了并發(fā)帶來(lái)的臟數(shù)據(jù)問(wèn)題。

如何實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖：

前提：在現(xiàn)有表當(dāng)中增加一個(gè)冗余字段，version版本號(hào), long類型

原理：

1）只有當(dāng)前版本號(hào)>=數(shù)據(jù)庫(kù)表版本號(hào)，才能提交

2）提交成功后，版本號(hào)version ++

案例二、股票交易系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)量你是如何考慮的

首先，股票交易系統(tǒng)的行情表，每幾秒鐘就有一個(gè)行情記錄產(chǎn)生，一天下來(lái)就有（假定行情3秒一個(gè)） 股票數(shù)量×20×60*6 條記錄，一月下來(lái)這個(gè)表記錄數(shù)量多大？ 一張表的記錄數(shù)超過(guò)100w后 查詢性能就很差了，如何保證系統(tǒng)性能？

再比如，中國(guó)移動(dòng)有上億的用戶量，表如何設(shè)計(jì)？把所有用于存在于一個(gè)表？

所以，大數(shù)量的系統(tǒng)，必須考慮表拆分-（表名字不一樣，但是結(jié)構(gòu)完全一樣），通用的幾種方式：（視情況而定）

1）按業(yè)務(wù)分，比如 手機(jī)號(hào)的表，我們可以考慮 130開(kāi)頭的作為一個(gè)表，131開(kāi)頭的另外一張表 以此類推

2）利用表拆分機(jī)制做分表

3）如果是交易系統(tǒng)，我們可以考慮按時(shí)間軸拆分，當(dāng)日數(shù)據(jù)一個(gè)表，歷史數(shù)據(jù)弄到其它表。這里歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表和查詢不會(huì)影響當(dāng)日交易。

此外，我們還得考慮緩存

這里的緩存獨(dú)立于應(yīng)用，依然是內(nèi)存的讀取，假如我們能減少數(shù)據(jù)庫(kù)頻繁的訪問(wèn)，那對(duì)系統(tǒng)肯定大大有利的。比如一個(gè)電子商務(wù)系統(tǒng)的商品搜索，如果某個(gè)關(guān)鍵字的商品經(jīng)常被搜，那就可以考慮這部分商品列表存放到緩存（內(nèi)存中去），這樣不用每次訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，性能大大增加。

4、常見(jiàn)的提高高并發(fā)下訪問(wèn)的效率的手段

首先要了解高并發(fā)的的瓶頸在哪里？

1、可能是服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠

2.可能web線程連接數(shù)不夠

3.可能數(shù)據(jù)庫(kù)連接查詢上不去。

根據(jù)不同的情況，解決思路也不同。

1、像第一種情況可以增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，DNS域名解析分發(fā)多臺(tái)服務(wù)器。

2、負(fù)載均衡，前置代理服務(wù)器nginx、apache等等

3、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢優(yōu)化，讀寫分離，分表等等

最后復(fù)制一些在高并發(fā)下面需要常常需要處理的內(nèi)容

1、盡量使用緩存，包括用戶緩存，信息緩存等，多花點(diǎn)內(nèi)存來(lái)做緩存，可以大量減少與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，提高性能。

2、用jprofiler等工具找出性能瓶頸，減少額外的開(kāi)銷。

3、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)句，減少直接使用hibernate等工具的直接生成語(yǔ)句（僅耗時(shí)較長(zhǎng)的查詢做優(yōu)化）。

4、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，多做索引，提高查詢效率。

5、統(tǒng)計(jì)的功能盡量做緩存，或按每天一統(tǒng)計(jì)或定時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)報(bào)表，避免需要時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的功能。

6、能使用靜態(tài)頁(yè)面的地方盡量使用，減少容器的解析（盡量將動(dòng)態(tài)內(nèi)容生成靜態(tài)html來(lái)顯示）。

7、解決以上問(wèn)題后，使用服務(wù)器集群來(lái)解決單臺(tái)的瓶頸問(wèn)題。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持W3Cschool。