大家好，我是哪吒。

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上一章提到了一個(gè)關(guān)于 i++ 和 ++i 的面試題打趴了所有人，最終方案是在兩個(gè)方法上添加synchronized關(guān)鍵字，從而避免i++的線程安全問(wèn)題，不過(guò)，這樣真的好嗎？在所有有線程安全的方法都添加synchronized？

答案是顯而易見(jiàn)的，不行。

synchronized會(huì)極大的降低程序的性能，導(dǎo)致整個(gè)程序幾乎只能支持單線程操作，性能顯著降低。

那么，如何解決呢？

一、降低鎖的粒度，將synchronized關(guān)鍵字不放在方法上了，改為synchronized代碼塊。

鎖的粒度更小了，也解決了這個(gè)問(wèn)題，確實(shí)可以的。

package com.guor.thread;

public class SynchronizedTest2 {
    int a = 1;
    int b = 1;

    public void add() {
        System.out.println("add start");
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                a++;
                b++;
            }
        }
        System.out.println("add end");
    }

    public synchronized void compare() {
        System.out.println("compare start");
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                boolean flag = a < b;
                if (flag) {
                    System.out.println("a=" + a + ",b=" + b + "flag=" + flag + ",a < b = " + (a < b));
                }
            }
        }
        System.out.println("compare end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedTest2 synchronizedTest = new SynchronizedTest2();
        new Thread(() -> synchronizedTest.add()).start();
        new Thread(() -> synchronizedTest.compare()).start();
    }
}

為了更好的優(yōu)化，有的時(shí)候可以將synchronized代碼塊變?yōu)閰^(qū)分讀寫(xiě)場(chǎng)景的讀寫(xiě)鎖，也可以考慮悲觀鎖和樂(lè)觀鎖的區(qū)分。

對(duì)于讀寫(xiě)場(chǎng)景比較多的情況，可以使用ReentrantReadWriteLock區(qū)分讀寫(xiě)，再次降低鎖的粒度，提高程序的性能。

ReentrantReadWriteLock 還可以選擇提供了公平鎖，在沒(méi)有明確必須使用公平鎖的情況下，盡量不要使用公平鎖，公平鎖會(huì)使程序性能降低很多很多。

二、先區(qū)分一下公平鎖和非公平鎖

• 公平鎖：多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序去獲得鎖，線程會(huì)直接進(jìn)入隊(duì)列去排隊(duì)，永遠(yuǎn)都是隊(duì)列的第一個(gè)得到鎖。
• 非公平鎖：多個(gè)線程去獲取鎖的時(shí)候，會(huì)直接去嘗試獲取，獲取不到，進(jìn)入等待隊(duì)列，如果能獲取到，就直接獲取到鎖。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，公平鎖（誰(shuí)先排隊(duì)，誰(shuí)先執(zhí)行），非公平鎖（不用排隊(duì)，每個(gè)人都有機(jī)會(huì)）。

1、公平鎖

有一天早上，云韻、美杜莎、小醫(yī)仙結(jié)伴去買醬香拿鐵，到了咖啡店，先排隊(duì)，一個(gè)一個(gè)來(lái)。不一會(huì)，哪吒來(lái)了，也買醬香拿鐵，只能在末尾排隊(duì)。這個(gè)就是公平鎖。

2、非公平鎖

但是呢？第二天早上，哪吒又去買醬香拿鐵，上一次去晚了沒(méi)買到（線程被餓死了），這次急了，要插隊(duì)買，不講武德。終于喝上了心心念念的醬香拿鐵，這個(gè)就是非公平鎖。

3、公平鎖的優(yōu)缺點(diǎn)：

• 優(yōu)點(diǎn)：所有線程都會(huì)獲取到鎖，只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題，不會(huì)出現(xiàn)有線程被餓死的情況；
• 缺點(diǎn)：吞吐量會(huì)下降很多，隊(duì)列里只有第一個(gè)線程能獲取到鎖，其他的線程都會(huì)阻塞，cpu喚醒阻塞線程的開(kāi)銷會(huì)增大。

4、非公平鎖的優(yōu)缺點(diǎn)：

• 優(yōu)點(diǎn)：可以減少CPU喚醒線程的開(kāi)銷，整體的吞吐效率會(huì)高點(diǎn)，CPU也不必取喚醒所有線程，會(huì)減少喚起線程的數(shù)量。
• 缺點(diǎn)：如果運(yùn)氣不好，會(huì)出現(xiàn)一致獲取不到鎖的情況，會(huì)被活活的餓死。

三、是否對(duì)癥下藥

我們都知道，靜態(tài)字段屬于類，類級(jí)別的鎖才能保護(hù)；非靜態(tài)字段屬于類實(shí)例，實(shí)例級(jí)別的鎖才能保護(hù)。

先看一下下面的代碼：

import lombok.Data;

import java.util.stream.IntStream;

@Data
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        IntStream.rangeClosed(1, 100000).parallel().forEach(i -> new LockTest().increase());
        System.out.println(time);
    }

    private static int time = 0;

    public synchronized void increase() {
        time++;
    }
}

在LockTest類中定義一個(gè)靜態(tài)變量time，定義一個(gè)非靜態(tài)方法increase()，實(shí)現(xiàn)time++自增。先累加10萬(wàn)次，測(cè)試一下?？纯词欠裼芯€程安全的問(wèn)題。

這...不對(duì)啊，上一節(jié)在介紹高并發(fā)下i++線程安全問(wèn)題的時(shí)候，synchronized 是好使的啊。

今天這是怎么了？再運(yùn)行一次，結(jié)果依然如此，不等于100000

先來(lái)分析一下。

在非靜態(tài)的方法上加synchronized，只能確保多個(gè)線程無(wú)法執(zhí)行同一個(gè)實(shí)例的increase()方法，卻不能保證不同實(shí)例的increase()方法。靜態(tài)的變量time，在多個(gè)線程中共享，所以會(huì)出現(xiàn)線程安全的問(wèn)題，synchronized失效了。

那么，將synchronized改為靜態(tài)方法是不是就可以了，試一下。

有兩種寫(xiě)法，一種是直接將方法改為靜態(tài)方法，一種是使用synchronized代碼塊。

private static Object obj= new Object();
public void increase() {
    synchronized (obj) {
        time++;
    }
}

四、IntStream.rangeClosed是干嘛的？

很多小伙伴，可能會(huì)好奇，這個(gè)是干什么的，干了5年后端代碼開(kāi)發(fā)了，沒(méi)見(jiàn)過(guò)這玩意兒。

IntStream是一種特殊的stream，用來(lái)提供對(duì)int相關(guān)的stream操作。

IntStream.rangeClosed：生成某個(gè)數(shù)字范圍內(nèi)的數(shù)字集合的stream。

比如上面代碼中的IntStream.rangeClosed(1, 100000).parallel().forEach(i -> new LockTest().increase());。

• range：不包含10000
• rangeClosed：包含10000

五、parallel是干嘛的？

1、parallel()是什么

Stream.parallel() 方法是 Java 8 中 Stream API 提供的一種并行處理方式。在處理大量數(shù)據(jù)或者耗時(shí)操作時(shí)，使用 Stream.parallel() 方法可以充分利用多核 CPU 的優(yōu)勢(shì)，提高程序的性能。

Stream.parallel() 方法是將串行流轉(zhuǎn)化為并行流的方法。通過(guò)該方法可以將大量數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)子任務(wù)交由多個(gè)線程并行處理，最終將各個(gè)子任務(wù)的計(jì)算結(jié)果合并得到最終結(jié)果。使用 Stream.parallel() 可以簡(jiǎn)化多線程編程，減少開(kāi)發(fā)難度。

需要注意的是，并行處理可能會(huì)引入線程安全等問(wèn)題，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

2、舉一個(gè)簡(jiǎn)單的demo

定義一個(gè)list，然后通過(guò)parallel() 方法將集合轉(zhuǎn)化為并行流，對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行i++，最后通過(guò) collect(Collectors.toList()) 方法將結(jié)果轉(zhuǎn)化為 List 集合。

使用并行處理可以充分利用多核 CPU 的優(yōu)勢(shì)，加快處理速度。

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(i);
        }
        System.out.println(list);
        List result = list.stream().parallel().map(i -> i++).collect(Collectors.toList());
        System.out.println(result);
    }
}

我勒個(gè)去，什么情況？

這是大部分開(kāi)發(fā)人員都會(huì)犯的小錯(cuò)誤，在上篇中提到過(guò)，i++ 返回原來(lái)的值，++i 返回加1后的值。這誰(shuí)都知道，可是，寫(xiě)的時(shí)候，就不一定了，因?yàn)槟懔?xí)慣了i++，寫(xiě)順手了，寫(xiě)的時(shí)候也是心不在焉，一蹴而就了。

i++改了++i即可。

3、parallel()的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

• 充分利用多核 CPU 的優(yōu)勢(shì)，提高程序的性能；
• 可以簡(jiǎn)化多線程編程，減少開(kāi)發(fā)難度。

缺點(diǎn)：

• 并行處理可能會(huì)引入線程安全等問(wèn)題，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇；
• 并行處理需要付出額外的開(kāi)銷，例如線程池的創(chuàng)建和銷毀、線程切換等，對(duì)于小數(shù)據(jù)量和簡(jiǎn)單計(jì)算而言，串行處理可能更快。

4、何時(shí)使用parallel()？

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，應(yīng)該根據(jù)數(shù)據(jù)量、計(jì)算復(fù)雜度、硬件等因素綜合考慮。

比如：

• 數(shù)據(jù)量較大，有1萬(wàn)個(gè)元素；
• 計(jì)算復(fù)雜度過(guò)大，需要對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算；
• 硬件夠硬，比如多核CPU。

名稱欄目：簡(jiǎn)單聊一聊公平鎖和非公平鎖，Parallel并行流
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