构建可扩展的Java EE应用（一） - 编程入门网

幸运的是，在Java SE 5.0或以上版本，你可以在不使用native代码的情况下 使用硬件级同步语义的wait-free、lock-free的算法。几乎所有现代的处理器都 具有检测和防止其他处理器并发修改变量的基础设施。这些基础设施称为比较并 交换，或CAS。

一个CAS操作包含三个参数 -- 一个内存地址，期待的旧的值以及新的值。 如 果内存地址上的值和所期待的旧的值是同一个的话，处理器将此地址的值更新为 新的值；否则它就什么都不做，同时它会返回CAS操作前内存地址上的值。一个使 用CAS来实现同步的例子如下：

Code list 5:

public int increment() {    int oldValue = value.getValue

();    int newValue = oldValue + 1;    while 

(value.compareAndSwap(oldValue, newValue) != oldValue)       

oldValue = value.getValue();    return oldValue + 1;}

首先，我们从地址上读取一个值，然后执行几步操作来产生新的值（例子中只 是做加1的操作），最后使用CAS方式来将地址中的旧值改变为新值。如果在时间 片段内地址上的值未改变，那么CAS操作将成功。如果另外的线程同时修改了地址 上的值，那么CAS操作将失败，但会检测到这个操作失败，并在while循环中进行 重试。CAS最好的原因在于它是硬件级别的实现并且非常轻量级，如果100个线程 同时执行这个increment()方法，最糟糕的情况是在 increment方法执行完毕前每 个线程最多尝试99次。

在Java SE 5.0和以上版本的java.util.concurrent.atomic包中提供了在单个 变量上lock-free和线程安全操作支持的类。这些原子变量的类都提供了比较和交 换的原语，它基于各种平台上可用的最后的native的方式实现，这个包内提供了 九种原子变量，包括：AtomicInteger；AtomicLong；AtomicReference； AtomicBoolean；array forms of atomic integer、long、reference；和atomic marked reference和stamped reference类。

使用atomic包非常容易，重写上面code list 5的代码片段：

Code list 6:

import java.util.concurrent.atomic.*;...private 

AtomicInteger value = new AtomicInteger(0);public int increment() 

{    return value.getAndIncrement();}...

构建可扩展的Java EE应用（一）(5)

几乎java.util.concurrent包中所有的类都直接或间接的采用了原子变量来替代 synchronized。像

ConcurrentLinkedQueue采用了原子变量来直接实现wait-free算法，而像 ConcurrentHashMap则采用

ReentrantLock来实现必要的锁，而ReentrantLock则是采用原子变量来维护所有 等待锁的线程队列。

在我们实验室中一个最成功的关于lock free算法的案例发生在一个金融系统 中，当将"Vector"数据结构替换为"ConcurrentHashMap"后，在我们的CMT机器（8 核）性能提升了超过3倍。

竞争条件也会导致可扩展性出现问题

太多的"synchronized"关键字会导致可扩展性出现问题。但在某些场合，缺少 "synchronized"也会导致系统无法垂直扩展。缺少"synchronized"会产生竞争场 景，在这种场景下允许两个线程同时修改共享的资源，这有可能会造成破坏共享 数据，为什么我说它会导致可扩展性出现问题呢？

来看一个实际的例子。这是一个制作业的ERP系统，当在我们最新的一台CMT服 务器（2CPU、16核、128芯）上进行性能测试时，我们发现CPU的使用率超过90%， 这非常让人惊讶，因为很少有应用能够在这款机器上扩展的这么好。但我们仅仅 兴奋了5分钟，之后我们发现平均响应时间非常的慢，同时吞吐量也降到不

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