摸爬滚打（CAS、保证线程安全的方法、常见阻塞队列、线程池中线程回收及复用、Redis热key问题）

原创 已于 2023-09-28 10:59:09 修改 · 196 阅读 · 0 ·
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#java #开发语言

于 2023-09-27 17:30:39 首次发布
本文介绍了CAS（CompareandSwap）在并发编程中的应用，强调其原子性、高效性和无阻塞特性，同时也讨论了CAS的局限性如ABA问题和忙等待。此外，文章还涵盖了解决Redis热key问题的方法，如数据分片、读写分离、缓存预热等，并提到了Redis哨兵在监控和故障转移中的作用。

什么是缺点：CAS？CAS优

CAS（Compare and Swap）是一种并发控制机制，用于解决并发环境下的数据竞争和原子性问题，它允许多个线程或进程同时访问共享资源，并且通过比较当前值与预期值是否相等来判断是否进行更新操作

如果相等，就将新值写入内存地址

如果不相等，则操作失败，需要重新尝试

CAS操作被广泛的用于并发编程中的自旋锁好，无锁数据结构等场景，提高了线程的安全和性能。然而CAS有些限制，如ABA问题和循环时间长

CAS的优点：
原子性：CAS操作是原子性的，可以避免数据竞争和同步的问题

高效性：相较于传统锁的机制，CAS操作不需要加锁和解锁操作，因此执行效率更高

无阻塞：CAS操作是非阻塞的，线程不会在等待锁上浪费时间

CAS的缺点：

ABA问题：CAS无法解决ABA问题（一个值被修改为另一个值，然后又被改为原来的值）可能导致数据不一致

忙等待：由于CAS失败时需要重试，循环时间长而且开销大，可能导致忙等待问题

非确定性：由于多个线程可能同时尝试进行CAS操作，因此无法确定哪个线程最终能够成功

保证线程安全的常用方法

1、使用锁机制：使用关键字synchronized或lock接口及其实现类对关键代码块或方法进行加锁，保证同一时间只有一个线程能够执行，避免数据竞争和不一致性。

2、使用原子类：使用Atomiclnteger、AtomicLong等原子类，利用底层的CAS操作实现线程安全的原子操作。

3、使用并发容器：使用java.util.concurrent包中提供的线程安全的集合类，如concurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。

4、使用ThreadLocal：使用ThreadLocal类为每一个线程提供独立的变量副本，确保线程间数据的隔离性，避免线程安全问题。

常见阻塞队列

ArrayBlockingQueue：基于数组实现的有界阻塞队列，按照先进先出的原则进行操作

LinkedBlockingQueue：基于链表实现的可选有界或无解阻塞队列，也按照先进先出的原则进行操作

PriorityBlockingQueue：基于堆结构实现的优先级阻塞队列，元素按照优先级进行排序

SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，用于线程间的直接传输

DelayQueue：基于优先级队列实现的延时阻塞队列，元素按照指定的延时时间进行处理

这些阻塞队列在多线程编程中提供了方便的数据共享和同步机制，能够有效的管理线程之间的任务调度和通信

线程池中线程如何回收

线程池中线程的回收是通过设置空闲超时和最大线程数两种方式进行的

首先：如果一下线程在执行网任务后一段时间内没有新的任务可执行，根据设定的空闲超时时间，该线程会被回收

其次：当线程池中的线程数量已经达到最大线程数，并且所有的线程都处于空闲状态时，多余的空闲线程会被回收以限制线程数量 的增长

这样的回收机制可以根据任务负载动态调整线程数量，提高系统的效率和资源利用率，并避免不要的资源浪费。

线程池中线程复用原理

线程池中线程复用原理是通过封装工作线程并循环执行任务。

工作线程从任务队列获取新任务执行，避免频繁创建和销毁线程，提高了系统的效率和性能。

线程池实现了线程的管理和调度，使得线程可以重复利用，减少了系统开销

同时，线程池根据任务负载动态调整线程数量，适应不同需求。这种机制提升了系统的响应速度和吞吐量，提供了一个高效的并发处理方式

如何解决Redis热key问题

只需七步，教你轻松解决Redis热点Key问题 - 知乎

Redis热点key指的是访问频率较高的key，当大量的请求集中在一个或少数几个热点key上时，会导致这些key所在的Redis节点的CPU、内存和网络带宽等资源被大量消耗，影响Redis集群的整体性能和稳定性。

数据分片：是通过将热点数据分散存储在多个Redis节点上，避免单个节点负载过高例如，在Redis Cluster模式下，数据自动按槽位分布在多个节点上，从而实现负载均衡。对于非Cluster模式，可以通过客户端或代理层实现一致性哈希等分片算法，将数据分布在多个Redis实例上。

读写分离：可以将读操作和写操作分开处理，降低单个节点的负载。在主从复制模式下，可以将读操作分发到从节点上，从而分担主节点的压力。

缓存预热：是指系统在重启或启动后，主动将热点数据加载到缓存中。这样，当用户访问这些热点数据时就可以直接从缓存中获取，避免了对后端数据库造成压力

限流：通过控制请求的速率来防止系统过载。

熔断降级：是在系统出现问题时，自动降低系统功能的一种策略。

Redis哨兵

Redis哨兵（sentinel）是由一个或多个sentinel实例组成的sentinel系统，可以监视任意多个主服务器及这些主服务器的所有从服务器。

sentinel实际上是运行在特殊模式下的Redis服务器。Sentinel 模式下 Redis 服务器只支持 PING、SENTINEL、INFO、SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE、PSUBSCRIBE、PUNSUBSCRIBE 七个命令。

哨兵的作用：
监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点运行是否正常

自动故障转移：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并将其他从节点改为开始复制新的主节点。

配置提供者：客户端在初始化时，通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。

通知：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

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③启动清理任务，定期回收空闲连接（先peek查看阻塞队列中第一个连接检查该连接是否空闲时间超过了回收时间间隔，并且当前连接数是否大于最小空闲连接数，如果都符合那就使用cas＋自旋修改连接数，cas成功就将连接从阻塞队列中取出）②判断当前连接数是否小于最大连接数，如果小于那就使用cas＋自旋修改连接数，cas成功则创建新连接，如果大于等于则使用poll超时等待连接池中空闲连接。1.首先我创建了一个类用于获取数据库连接，并且代理了连接的close方法，执行回调函数（用于归还连接）执行获取连接方法并取到了连接。
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