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[ JAVA开发技术 ] 【守望者 j2se】CAS(compare-And-Swap)的性能问题

2014-10-11 17:46| 发布者: zhouy | 查看: 800 | 收藏

摘要: 一般认为原子类型(java.util.concurrent.atomic类)能充分发挥代码的快速和高并发特点,大部分时间atomic确实发挥了更大作用,不过也有一些场景其实隐藏了非管理竞争的消耗,以至于成为一个严重的性能问题。首先让我 ...

一般认为原子类型(java.util.concurrent.atomic类)能充分发挥代码的快速和高并发特点,大部分时间atomic确实发挥了更大作用,不过也有一些场景其实隐藏了非管理竞争的消耗,以至于成为一个严重的性能问题。


首先让我们来看看Atomic是如何实现的?所有的原子类型如AtomicLong, AtomicBoolean , AtomicReference等,基本上都是包装的volatile挥发性的值,这个新增的值来自于内部为这些类型提供CAS功能的sun.misc.Unsafe。CAS(compare-and-swap)比较并交换)本质上是现代硬件上的实现,允许无堵塞 多线程数据处理能以一种安全有效方式实现,CAS发挥的巨大优势是:CAS不会招致内核级别的任何开销,编译器发出CPU指令,如lock cmpxchg, lock xadd, lock addq,这可以像你从JVM中调用指令一样快,CAS提供了比锁更好的一种替代。


众所周知,Cas操作关键的问题在于存在内存竞争的问题。当多线程同时尝试对同一个共享变量进行cas操作时,通常情况下最多只有一个线程改变共享变量的值,而其他的线程将失败。此外,当cas操作的变量变为“热点”时(比如多个写一个读或则多个写和多个读),会带来更大的性能损失,因为失败的cas操作会拥堵硬件互连和内存,并且减缓成功的cas操作。为了减少缓存一致性引发的内存竞争,需要减少在多个核心上同时执行cas的可能。


解决cas性能问题的方式

1.回退算法

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class BackOffAtomicLong {

    public static long bk;

    private final AtomicLong value = new AtomicLong(0L);

    public long get() {
        return value.get();
    }

    public long incrementAndGet() {
        for (;;) {
            long current = get();
            long next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

    public boolean compareAndSet(final long current, final long next) {
        if (value.compareAndSet(current, next)) {
            return true;
        } else {
            LockSupport.parkNanos(1L);
            return false;
        }
    }

    public void set(final long l) {
        value.set(l);
    }

}

总体思路:先回退一点时间让其他写的线程来完成修改.


2.java8更高性能的原子类

LongAdder VS   AtomicLong在大数据处理过程,为了方便监控,需要统计数据,少不了原子计数器。为了尽量优化性能,需要采用高效的原子计数器。在jdk8中,引入了LongAddr,非常适合多线程原子计数器。与AtomicLong做了一个测试,LongAdder在多线程环境中,原子自增长性能要好很多。相应的源码:


public class CounterPerformanceTest { 
         
  private static long count = 100000000;     
    private static int threads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();     
    private static String type = "longAdder";    
    private static CountDownLatch startLatch;       
    private static CountDownLatch endLatch;      
    private static ExecutorService executorService;       
    private static AtomicLong totalTime = new AtomicLong(0);      
    private static AtomicLong atomicCount = new AtomicLong();       
    private static LongAdder longAdder = new LongAdder();   
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        

   threads = Integer.valueOf(System.getProperty("threads", String.valueOf(threads)));        
    count = Long.valueOf(System.getProperty("count", String.valueOf(count)));         
    type = System.getProperty("count", type);           
    executorService = Executors.newFixedThreadPool(threads);           
    startLatch = new CountDownLatch(1);           
    endLatch = new CountDownLatch(threads);          
    creatThread();           
    startLatch.countDown();          
    System.out.println("启动测试...");           
    endLatch.await();           
    System.out.println("Counter:" + getLong());                    
    System.out.println("测试结束...");           
    System.out.println("avg time:" + totalTime.longValue()/1000/threads);
    System.out.println("tps:" + (getLong()/(totalTime.longValue()/1000/threads)));
    executorService.shutdown();      

}            

private static long getLong() {  

   if("atomic".equals(type))           
    return atomicCount.longValue();           
   else if("longAdder".equals(type))               
     return longAdder.longValue();          
   else             
     return 0l;    
}       


private static void incr() {    
     
  if("atomic".equals(type))             
      atomicCount.incrementAndGet();           
  else if("longAdder".equals(type))        
     longAdder.increment();    
   }  
}          

private static void creatThread() {       
   
for(int i = 0; i < threads; i++) {      
  executorService.submit(new Runnable() {              
     public void run() {                      
      try {                          
         startLatch.await();                          
         long startTime = System.currentTimeMillis();                                                    
         for(int j=0; j<count; j++)                             
          incr();                                                    
          long time = System.currentTimeMillis() - startTime;                         
          totalTime.addAndGet(time);                          
         endLatch.countDown();       
} catch (Exception e) {             
        e.printStackTrace();                     
}}
});
}}} 

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