多线程编程是多CPU系统在中应用最广泛的一种编程方式,在传统的多线程编程中,多线程之间一般用各种锁的机制来保证正确的对共享资源(share resources)进行访问和操作。
无锁编程是一个挑战,不仅因为任务本身的复杂性,还因为从一开始就很难深入了解这个主题,因为该主题和底层技术(编译器,CPU,内存)息息相关,需要深厚底层功底。
最近Rust For Linux的项目,随着Rust的火爆也开始逐渐升温,但是谷歌的强烈支持以及rCore OS、Redox等各种Rust操作系统项目的经验积累,Rust想进入到Linux的真正核心,也还是有很长的路要走,之前笔者已经撰文对于Rust在汇编支持、panic和alloc等系统操作等方面的问题进行过简要说明了。这里再对于Rust进入到Linux内核的最大拦路虎-也就是内存模型方面的问题,做一下介绍。
It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
前面介绍了多线程间是通过互斥锁与条件变量来保证共享数据的同步的,互斥锁主要是针对过程加锁来实现对共享资源的排他性访问。很多时候,对共享资源的访问主要是对某一数据结构的读写操作,如果数据结构本身就带有排他性访问的特性,也就相当于该数据结构自带一个细粒度的锁,对该数据结构的并发访问就能更加简单高效,这就是C++11提供的原子数据类型< atomic >。下面解释两个概念:
无锁编程,即通过CAS原子操作去控制线程的同步。如果你还不知道什么使CAS原子操作,建议先去查看相关资料,这一方面的资料网络上有很多。
锁的缺点 锁定被迫交出时间片。 锁定意味着阻塞,多个线程(进程)排队获取资源,无法充分发挥系统性能。 锁定的阻塞无法通过fd进行通知,对性能有进一步的影响(理想的服务器模型是全局一处阻塞统一等待消息)。 一些锁限制了必须使用线程的方式进行开发,而线程无法充分利用系统的内存。 pthread库在特殊情况下可能产生饥饿的情况。 无锁编程的思路 加锁的根本起因是什么? 资源竞争。 解决资源竞争的思路有哪些? 分资源:资源进一步分配,各个资源获得方不相往来。 分功能:对资源进行规划,各自处理不同功能。 做冗余:对资
原子操作:顾名思义就是不可分割的操作,该操作只存在未开始和已完成两种状态,不存在中间状态;
无锁编程,即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步,也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步,所以也叫非阻塞同步(Non-blocking Synchronization)。
也就常说的单生产者-单消费者 的ringbuffer, 限制就是只能一个读线程(消费者),一个写进程(生产者)。
CAS(Compare And Swap,比较并交换),要说CAS是无锁编程,多多少少有些“标题党”的感觉。因为CAS根据其设计思想,可以划分为乐观锁。不同于synchronized关键字,synchronized实现的是悲观锁。我第一次听说乐观锁和悲观锁的时候有点震惊:一把锁我还得知道它乐不乐观?乐不乐观?一把锁难道还有情绪? 实际上乐观锁和悲观锁是基于线程并发竞争的角度来说的,悲观锁就是假设每次操作都悲观的认为会发生线程竞争,不加锁就会导致程序结果错误;乐观锁就假设每次操作都乐观的认为不会发生线程竞争,所以不需要上锁,因此CAS被称为无锁编程,实际上是一种乐观锁的体现。
多线程并不一定是要在多核处理器才支持的,就算是单核也是可以支持多线程的。 CPU 通过给每个线程分配一定的时间片,由于时间非常短通常是几十毫秒,所以 CPU 可以不停的切换线程执行任务从而达到了多线程的效果。
首先,要想顺利完成多线程编程任务并确保代码线程安全,你需要了解并发编程涉及的基本知识和概念。例如:原子性、同步、互斥、死锁等。了解这些概念将帮助你在编写代码时更好地分析问题和找到解决方案。
并发编程中,锁带解决了安全问题,同时也带来了性能问题,因为锁让并发处理变成了串行操作,所以如无必要,尽量不要显式使用锁。
多线程环境下,为了保证数据不受到并发操作的影响,通常会采用加锁的策略保证一致性。除了加锁之外,还有一种方式就是采用无锁编程。
说说我的理解。这里其实是从框架结构的解读来解读,这里的包指的是 Maven 的 module。
我自己总结的Java学习的系统知识点以及面试问题,目前已经开源,会一直完善下去,欢迎建议和指导欢迎Star: https://github.com/Snailclimb/Java-Guide
非阻塞型同步(Non-blocking Synchronization)
ConcurrentLinkedQueue是基于链接节点的无界线程安全队列。此队列按照FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。队列的头部是队列中存在时间最长的元素,而队列的尾部则是最近添加的元素。新的元素总是被插入到队列的尾部,而队列的获取操作(例如poll或peek)则是从队列头部开始。
1 模块分包原则 2 框架扩展原则 3 领域划分原则 4 接口分离原则 5 组件协作原则 6 功能演进原则
一些面试的问题 面试官进入了房间…… 面试官发起了视频邀请…… 面试官:同学你好,我们开始今天的面试,请先做个自我介绍吧。 我:我叫。。。来自。。。 面试官:好,那..(开始下面的拷打) 滴滴一面 说说c++内存是怎么分配的,都有哪些区,每个区都有什么作用 什么情况下需要手动分配内存?什么情况下会在堆上分配内存? redis分布式锁了解吗,说说怎么实现 分别说说互斥锁和读写锁吧 你了解过无锁编程吗 对于c++的future特性你了解吗 c++11有什么新特性吗
在现代并发编程中,内存模型是一个至关重要的概念,它直接影响程序的正确性和性能。Java内存模型(Java Memory Model,简称JMM)为Java程序员提供了一套关于多线程如何交互的规则。理解JMM对于编写高效且正确的多线程应用程序至关重要。
接下来我们先理解CAS怎么保证安全的修改共享变量,然后查看JDK源码分析其最佳实践,再举例实际企业开发中乐观锁思想的应用。最后总结CAS以及分析其局限性。
1.常见的锁有synchronized和Lock() ①synchronized 是jvm层面实现的,可以直接用,不过要锁住某个对象;lock是属于j.u.c包下的接口,用的时候要实现lock接口。 ②synchronized一般和wait()、notify()、notifyAll()一起使用,使用完不用释放锁;lock必须在finally里面手动释放。 @lock锁与synchronized相比,lock锁添加一些其他特性,如中断锁等候和定时锁等候。 ④资源竞争激励的情况下,lock性能会比synchronize好,竞争不激励的情况下,synchronize比lock性能好。
Double-checked Locking,严格意义上来讲不属于无锁范畴,无论什么时候当临界区中的代码仅仅需要加锁一次,同时当其获取锁的时候必须是线程安全的,此时就可以利用 Double-checked Locking 模式来减少锁竞争和加锁载荷。目前Double-checkedLocking已经广泛应用于单例 (Singleton)模式中。 Double-checked Locking有以下特点: Double-checked Locking模式是Singleton的多线程版本。 Double-che
对于同一个数据的并发操作,悲观锁认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据,因此在获取数据的时候会先加锁,确保数据不会被别的线程修改。Java中,synchronized关键字和Lock的实现类都是悲观锁。
低延迟意味着更快的响应时间,更快的性能,以下最佳实践大部分来自于Quora等问题提炼:
1. 引言 现代计算机,即使很小的智能机亦或者平板电脑,都是一个多核(多CPU)处理设备,如何充分利用多核CPU资源,以达到单机性能的极大化成为我们码农进行软件开发的痛点和难点。在多核服务器中,采用多进程或多线程来并行处理任务,俨然成为了大家性能调优的标准解决方案。多进程(多线程)的并行编程方式,必然要面对共享数据的访问问题,如何并发、高效、安全地访问共享数据资源,成为并行编程的一个重点和难点。 传统的共享数据访问方式是采用同步原语(临界区、锁、条件变量等)来达到共享数据的安全访问,然而,同步恰恰和
如果V值等于E值,则将V的值设为N。若V值和E值不同,则说明已经有其他线程做了更新,则当前线程什么都不做。通俗的理解就是CAS操作需要我们提供一个期望值,当期望值与当前线程的变量值相同时,说明还没线程修改该值,当前线程可以进行修改,也就是执行CAS操作,但如果期望值与当前线程不符,则说明该值已被其他线程修改,此时不执行更新操作,但可以选择重新读取该变量再尝试再次修改该变量,也可以放弃操作,原理图如下
有的CPU指令都支持CAS的原子操作,X86下对应的是 CMPXCHG 汇编指令。 大家应该还记得操作系统里面关于“原子操作”的概念,一个操作是原子的(atomic),如果这个操作所处的层(layer)的更高层不能发现其内部实现与结构。原子操作可以是一个步骤,也可以是多个操作步骤,但是其顺序是不可以被打乱,或者切割掉只执行部分。有了这个原子操作这个保证我们就可以实现无锁了。 CAS原子操作在维基百科中的代码描述如下: 1: int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval) 2: { 3: ATOMIC(); 4: int old_reg_val = *reg; 5: if (old_reg_val == oldval) 6: *reg = newval; 7: END_ATOMIC(); 8: return old_reg_val; 9: }
大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。 涉及到并行/并发计算时,通常都会想到加锁,加锁可以保护共享的数据,不过也会存在一些问题: 1. 由于临界区无法并发运行,进入临界区就需要等待,加锁使得效率的降低。多核CPU也不能发挥全部马力 2. 在复杂的情况下,很容易造成死锁,并发进程、线程之间无止境的互相等待。
在本篇文章中,我会对 Go 语言编程模式的一些基本技术和要点,这样可以让你更容易掌握 Go 语言编程。其中,主要包括,数组切片的一些小坑,还有接口编程,以及时间和程序运行性能相关的话题。
活锁、死锁本质上是一样的,原因是在获取临界区资源时,并发多个进程/线程声明资源占用(加锁)的顺序不一致,死锁是加不上就死等,活锁是加不上就放开已获得的资源重试,其实单机场景活锁不太常见。举个例子资源A和B,进程P1和P2,
参考:https://tech.meituan.com/2018/11/15/java-lock.html
在多线程编程中,理解内存模型至关重要,它决定了程序如何处理并发访问共享资源的问题。C++11标准引入了一套内存模型,旨在解决多线程环境下的数据竞争和同步问题。本文将深入浅出地探讨C++的内存模型,常见的数据竞争问题,以及如何避免这些陷阱。
在并发编程中,synchronized锁因其使用简单,在线程间同步被广泛应用。下面对其原理及锁升级过程进行探究。
一般是在数据表中加上版本号字段 version,表示数据被修改的次数。当数据被修改时,这个字段值会加1。
在数据库的实际使用过程中,我们常常会遇到不希望数据被同时写或者读的情景,例如秒杀场景下,两个请求同时读到系统还有库存1个,然后又先后把库存更新为0,这时候就会出现超卖的情况,这时候货物的实际库存和我们的记录就会对应不上了。
除了提供对SortedSet进行同步包装的方法之外,java.util.Collections还提供了一系列对其他的基础容器进行同步包装的方法,如synchronizedList()方法将基础List包装成线程安全的列表容器,synchronizedMap()方法将基础Map容器包装成线程安全的容器,synchronizedCollection()方法将基础Collection容器包装成线程安全的Collection容器与同步包装方法相对应,java.util.Collections还提供了一系列同步包装类,这些包装类都是其内部类。这些同步包装类的实现逻辑很简单:实现了容器的操作接口,在操作接口上使用synchronized进行线程同步,然后在synchronized的临界区将实际的操作委托给被包装的基础容器。高并发容器: JUC高并发容器是基于非阻塞算法(或者无锁编程算法)实现的容器类,无锁编程算法主要通过CAS(Compare And Swap)+Volatile组合实现,通过CAS保障操作的原子性,通过volatile保障变量内存的可见性。无锁编程算法的主要优点如下: (1)开销较小:不需要在内核态和用户态之间切换进程。 (2)读写不互斥:只有写操作需要使用基于CAS机制的乐观锁, 读读操作之间可以不用互斥。 JUC包中提供了List、Set、Queue、Map各种类型的高并发容器,如ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。在性能上,ConcurrentHashMap通常优于同步的HashMap,ConcurrentSkipListMap通常优于同步的TreeMap。当读取和遍历操作远远大于列表的更新操作时,CopyOnWriteArrayList优于同步的ArrayList。 List:JUC包中的高并发List主要有CopyOnWriteArrayList,对应的基础容器为ArrayList。CopyOnWriteArrayList相当于线程安全的ArrayList,它实现了List接口。在读多写少的场景中,其性能远远高于ArrayList的同步包装容器。 Set:·CopyOnWriteArraySet继承自AbstractSet类,对应的基础容器为HashSet。其内部组合了一个CopyOnWriteArrayList对象,它的核心操作是基于CopyOnWriteArrayList实现的。 ·ConcurrentSkipListSet是线程安全的有序集合,对应的基础容器为TreeSet。它继承自AbstractSet,并实现了NavigableSet接口。ConcurrentSkipListSet是通过ConcurrentSkipListMap实现的。 Map:·ConcurrentHashMap对应的基础容器为HashMap。JDK 6中的ConcurrentHashMap采用一种更加细粒度的“分段锁”加锁机制,JDK 8中采用CAS无锁算法。 ·ConcurrentSkipListMap对应的基础容器为TreeMap。其内部的SkipList(跳表)结构是一种可以代替平衡树的数据结构,默认是按照Key值升序的。 Queue:JUC包中的Queue的实现类包括三类:单向队列、双向队列和阻塞队列。 ·ConcurrentLinkedQueue是基于列表实现的单向队列,按照FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。新元素从队列尾部插入,而获取队列元素则需要从队列头部获取。 ·ConcurrentLinkedDeque是基于链表的双向队列,但是该队列不允许null元素。ConcurrentLinkedDeque可以当作“栈”来使用,并且高效地支持并发环境。 ·ArrayBlockingQueue:基于数组实现的可阻塞的FIFO队列。 ·LinkedBlockingQueue:基于链表实现的可阻塞的FIFO队列。 ·PriorityBlockingQueue:按优先级排序的队列。 ·DelayQueue:按照元素的Delay时间进行排序的队列。 ·SynchronousQueue:无缓冲等待队列。
TSL是Test and Set Lock的缩写,是CPU提供的一个原子指令,其工作如下所述:它将一个存储器字读到一个寄存器中,然后在该内存地址上存一个非零值。读数和写数操作保证是不可分割的——即该指令结束之前其他处理机均不允许访问该存储器字。执行TSL指令的CPU将锁住内存总线(实际是锁缓存)以禁止其他CPU在本指令结束之前访问内存。操作系统的Mutex的加锁过程就是基于TSL指令实现的。
总是假设最好的情况,每次操作数据的时候认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会先判断一下,在此期间别人是否有修改:如有-则撤销之前的操作再重试;若无-则继续操作。
Java同步容器类通过Synchronized(内置锁)来实现同步的容器,比如Vector、HashTable以及SynchronizedList等容器。线程安全的同步容器类主要有Vector、Stack、HashTable等。另外,Java还提供了一组包装方法,将一个普通的基础容器包装成一个线程安全的同步容器。
在软件开发中,性能往往是我们需要特别关注的方面之一。对于使用 Go 语言的开发者而言,如何编写高性能的代码是一个重要的考虑点。
本文部分是我曾经的手稿,今天在草稿箱里面发现,居然没发出去。。。。。 部分是别的大佬的(下面那些实践方案)。
这篇文章,我们循序渐进,从内存、磁盘I/O、网络I/O、CPU、缓存、架构、算法等多层次递进,串联起高性能开发十大必须掌握的核心技术。
Double-checked locking is easy to mess up. If you really need to write your own double-checked locking, in spite of the rules CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization and CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to, then do it in a conventional pattern.
我们循序渐进,从内存、磁盘I/O、网络I/O、CPU、缓存、架构、算法等多层次递进,串联起高性能开发十大必须掌握的核心技术。
老板告诉你,开发一个静态web服务器,把磁盘文件(网页、图片)通过网络发出去,怎么做?
在多线程编程中,数据竞争和死锁是常见的问题,尤其是在高并发场景下。C++11 引入了标准库中的并发容器,旨在解决这些问题,使多线程编程更加安全和高效。本文将深入浅出地介绍C++中的并发容器,包括它们的特性、常见问题、易错点以及如何避免这些陷阱。
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