Java 高并发十： JDK8对并发的新支持详解

1. longadder

和atomiclong类似的使用方式，但是性能比atomiclong更好。

longadder与atomiclong都是使用了原子操作来提高性能。但是longadder在atomiclong的基础上进行了热点分离，热点分离类似于有锁操作中的减小锁粒度，将一个锁分离成若干个锁来提高性能。在无锁中，也可以用类似的方式来增加cas的成功率，从而提高性能。

longadder原理图：

atomiclong的实现方式是内部有个value 变量，当多线程并发自增，自减时，均通过cas 指令从机器指令级别操作保证并发的原子性。唯一会制约atomiclong高效的原因是高并发，高并发意味着cas的失败几率更高， 重试次数更多，越多线程重试，cas失败几率又越高，变成恶性循环，atomiclong效率降低。

而longadder将把一个value拆分成若干cell，把所有cell加起来，就是value。所以对longadder进行加减操作，只需要对不同的cell来操作，不同的线程对不同的cell进行cas操作，cas的成功率当然高了（试想一下3+2+1=6，一个线程3+1，另一个线程2+1，最后是8，longadder没有乘法除法的api）。

可是在并发数不是很高的情况，拆分成若干的cell，还需要维护cell和求和，效率不如atomiclong的实现。longadder用了巧妙的办法来解决了这个问题。

初始情况，longadder与atomiclong是相同的，只有在cas失败时，才会将value拆分成cell，每失败一次，都会增加cell的数量，这样在低并发时，同样高效，在高并发时，这种“自适应”的处理方式，达到一定cell数量后，cas将不会失败，效率大大提高。

longadder是一种以空间换时间的策略。

2. completablefuture

实现completionstage接口（40余个方法），大多数方法多数应用在函数式编程中。并且支持流式调用

completablefuture是java 8中对future的增强版

简单实现：

import java.util.concurrent.completablefuture;

public class askthread implements runnable {
 completablefuture<integer> re = null;

 public askthread(completablefuture<integer> re) {
 this.re = re;
 }

 @override
 public void run() {
 int myre = 0;
 try {
 myre = re.get() * re.get();
 } catch (exception e) {
 }
 system.out.println(myre);
 }

 public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
 final completablefuture<integer> future = new completablefuture<integer>();
 new thread(new askthread(future)).start();
 // 模拟长时间的计算过程
 thread.sleep(1000);
 // 告知完成结果
 future.complete(60);
 }
}

future最令人诟病的就是要等待，要自己去检查任务是否完成了，在future中，任务完成的时间是不可控的。而 completablefuture的最大改进在于，任务完成的时间也开放了出来。

future.complete(60);

用来设置完成时间。

completablefuture的异步执行：

public static integer calc(integer para) {
 try {
 // 模拟一个长时间的执行
 thread.sleep(1000);
 } catch (interruptedexception e) {
 }
 return para * para;
 }

 public static void main(string[] args) throws interruptedexception,
 executionexception {
 final completablefuture<integer> future = completablefuture
 .supplyasync(() -> calc(50));
 system.out.println(future.get());
 }
completablefuture的流式调用：

public static integer calc(integer para) {
 try {
 // 模拟一个长时间的执行
 thread.sleep(1000);
 } catch (interruptedexception e) {
 }
 return para * para;
 }

 public static void main(string[] args) throws interruptedexception,
 executionexception {
 completablefuture<void> fu = completablefuture
 .supplyasync(() -> calc(50))
 .thenapply((i) -> integer.tostring(i))
 .thenapply((str) -> "\"" + str + "\"")
 .thenaccept(system.out::println);
 fu.get();
 }

组合多个completablefuture：

public static integer calc(integer para) {
 return para / 2;
 }

 public static void main(string[] args) throws interruptedexception,
 executionexception {
 completablefuture<void> fu = completablefuture
 .supplyasync(() -> calc(50))
 .thencompose(
  (i) -> completablefuture.supplyasync(() -> calc(i)))
 .thenapply((str) -> "\"" + str + "\"")
 .thenaccept(system.out::println);
 fu.get();
 }

这几个例子更多是侧重java8的一些新特性，这里就简单举下例子来说明特性，就不深究了。
completablefuture跟性能上关系不大，更多的是为了支持函数式编程，在功能上的增强。当然开放了完成时间的设置是一大亮点。

3. stampedlock

在上一篇中刚刚提到了锁分离，而锁分离的重要的实现就是readwritelock。而stampedlock则是readwritelock的一个改进。stampedlock与readwritelock的区别在于，stampedlock认为读不应阻塞写，stampedlock认为当读写互斥的时候，读应该是重读，而不是不让写线程写。这样的设计解决了读多写少时，使用readwritelock会产生写线程饥饿现象。

所以stampedlock是一种偏向于写线程的改进。

stampedlock示例：

import java.util.concurrent.locks.stampedlock;

public class point {
 private double x, y;
 private final stampedlock sl = new stampedlock();

 void move(double deltax, double deltay) { // an exclusively locked method
 long stamp = sl.writelock();
 try {
 x += deltax;
 y += deltay;
 } finally {
 sl.unlockwrite(stamp);
 }
 }

 double distancefromorigin() { // a read-only method
 long stamp = sl.tryoptimisticread();
 double currentx = x, currenty = y;
 if (!sl.validate(stamp)) {
 stamp = sl.readlock();
 try {
 currentx = x;
 currenty = y;
 } finally {
 sl.unlockread(stamp);
 }
 }
 return math.sqrt(currentx * currentx + currenty * currenty);
 }
}

上述代码模拟了写线程和读线程， stampedlock根据stamp来查看是否互斥，写一次stamp变增加某个值

tryoptimisticread()

就是刚刚所说的读写不互斥的情况。

每次读线程要读时，会先判断

if (!sl.validate(stamp))

validate中会先查看是否有写线程在写，然后再判断输入的值和当前的 stamp是否相同，即判断是否读线程将读到最新的数据。

如果有写线程在写，或者 stamp数值不同，则返回失败。

如果判断失败，当然可以重复的尝试去读，在示例代码中，并没有让其重复尝试读，而采用的是将乐观锁退化成普通的读锁去读，这种情况就是一种悲观的读法。

stamp = sl.readlock();

stampedlock的实现思想：

clh自旋锁：当锁申请失败时，不会立即将读线程挂起，在锁当中会维护一个等待线程队列，所有申请锁，但是没有成功的线程都记录在这个队列中。每一个节点（一个节点代表一个线程），保存一个标记位（locked），用于判断当前线程是否已经释放锁。当一个线程试图获得锁时，取得当前等待队列的尾部节点作为其前序节点。并使用类似如下代码判断前序节点是否已经成功释放锁

while (pred.locked) {  
}

这个循环就是不断等前面那个结点释放锁，这样的自旋使得当前线程不会被操作系统挂起，从而提高了性能。
当然不会进行无休止的自旋，会在若干次自旋后挂起线程。