【漫画】JAVA并发编程之并发模拟工具

程序员文章站 2024-01-18 22:10:46

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原创声明：本文来源于公众号【胖滚猪学编程】，转载请注明出处。

上一节【漫画】JAVA并发编程三大Bug源头(可见性、原子性、有序性)我们聊了聊并发编程的三个bug源头，这还没开始进入并发世界，胖滚猪就遇到了难题。。

这个难题是所有初学者都会有的疑惑：没法复现那些理论知识告诉我们的bug。但是实际操练很重要，那么在本地开发环境，到底应该怎样模拟并发呢？

【漫画】JAVA并发编程之并发模拟工具

模拟并发工具大全

在本地模拟并发环境的方法有挺多的，比较热门的有以下几种，包括工具和代码：

1、Postman：Http请求模拟工具,可以设置发起N个请求（但不推荐，并不专业）

2、Apache Bench（AB）：Apache 服务器的一个web压力测试工具，是一个命令行工具，可根据命令创建很多并发访问线程，模拟多个访问者同时对某一个URL地址进行访问。总体来说，ab工具小巧简单，上手学习较快，可以提供需要的基本性能指标；但是缺点就是没有图形化结果，不能监控。

3、Apache JMeter：Apache组织开发的基于Java的压力测试工具。功能相比AB会更加强大，尤其是有GUI图形化界面，这一点很爽。另外jmeter是一次完整的请求和返回；AB只是发出去请求，并不对返回做处理。如果你希望看到返回结果，那么也应该选择JMeter。

4、JAVA代码：包括CountDownLatch、CyclicBarrier等

我们主要说一下如何通过jmeter和代码来模拟并发环境，也推荐使用这两种方式。

CountDownLatch(等待多线程完成)

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countDownLatch是在java1.5被引入，存在于java.util.cucurrent包下。

这个类能使一个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行。

它是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值是线程的数量。每当一个线程执行完毕后，计数器的值就-1，当计数器的值为0时，表示所有线程都执行完毕，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复工作了。

如图所示，初始值cnt=3，线程A执行了await方法所以被阻塞等待，T1\T2\T3线程通过调用countDown，让计数器减一，直到cnt=0后，Thread A才恢复运行。换句话说就是，Thread A需要等待其他三个线程都执行完才能执行：【漫画】JAVA并发编程之并发模拟工具

countDownLatch类中只提供了一个构造器：

//参数count为计数值
public CountDownLatch(int count) {  };
countDownLatch类中有三个方法是最重要的：

//调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行

public void await() throws InterruptedException { };
//和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };
//将count值减1
public void countDown() { };

举例：需求是处理一个Excel，Excel有很多行数据，为了效率，我们可以使用多线程处理，但是处理完所有行数据后，需要通知到主线程。如果没有countDownLatch，那么效果是这样的，还没处理完呢你就说我结束了：

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如果在主线程上加上countDownLatch，并且调用await()方法，那么主线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行：

    static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                doWork();
                countDownLatch.countDown();
            });
            thread.start();

        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println("处理完整个excel的结束时间"+System.currentTimeMillis());
    }

    public static void doWork(){
        System.out.println("处理行数据,时间"+System.currentTimeMillis());
    }

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Thread thread = new Thread(() -> {
    try {
        countDownLatch.await();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    doWork();
});
thread.start();
countDownLatch.countDown();

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线程池

 ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(100,
         200, 60, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20000), new ThreadFactory() {
     @Override
     public Thread newThread(Runnable r) {
         return new Thread(r);
     }
 });

CyclicBarrier(同步屏障)

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CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。

如下图所示，一共4个线程A、B、C、D，它们到达屏障的顺序可能各不相同。当A、B、C到达栅栏后，由于没有满足总数【4】的要求，所以会一直等待，当线程D到达后，栅栏才会放行。

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CyclicBarrier构造方法

//其参数表示屏障拦截的线程数量
public CyclicBarrier(int parties)
//多了回调函数
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

主要方法如下

//调用await方法的线程告诉CyclicBarrier自己已经到达同步点，然后当前线程被阻塞。直到parties个参与线程调用了await方法，阻塞线程才会执行。
public int await()
//带超时时间参数
public int await(long timeout, TimeUnit unit)
//重置
public void reset()

根据这一特性，我们也可以用于并发模拟，如下代码就是模拟了5个线程并发执行：

  private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      ExecutorService executorService = ExecutorServiceUtils.getExecutor();
      for (int i = 0; i < 20; i++) {
          int finalI = i;
          Thread.sleep(1000);
          executorService.submit(() -> {
              try {
                  doWork(finalI);
              } catch (Exception e) {
                  e.printStackTrace();
              }
          });
          //通过打印日志 得出它具有自动重置功能
          log.info("Parties={} 等待中{}",cyclicBarrier.getParties(),cyclicBarrier.getNumberWaiting());
      }
      executorService.shutdown();
  }

  public static void doWork(Integer threadNum) throws Exception {
      Thread.sleep(1000);
      log.info("{} is ready", threadNum);
      cyclicBarrier.await();
      log.info("{} continue", threadNum);
  }

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的主要区别：

1、CountDownLatch 主要用来解决一个线程等待多个线程的场景，可以类比旅游团团长要等待所有的游客到齐才能去下一个景点；

而CyclicBarrier 是一组线程之间互相等待，更像是几个驴友之间不离不弃。

2、CountDownLatch是减计数方式，而CyclicBarrier是加计数方式。

3、CountDownLatch 的计数器是不能循环利用的，也就是说一旦计数器减到 0，再有线程调用 await()，该线程会直接通过。

但CyclicBarrier 的计数器是可以循环利用的，而且具备自动重置的功能，一旦计数器减到 0 会自动重置到你设置的初始值。

4、除此之外，CyclicBarrier 还可以设置回调函数，可以说是功能丰富。而CountDownLatch不支持回调函数。

好了，现在再回到最开头那段无法复现的代码，我们用CyclicBarrier来改写一下，你就可以看到出现0的情况了。

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