java测试多线程类 java多线程测试并发

转载

mob64ca1403528a 2023-08-20 22:00:05

文章标签 java测试多线程类多线程并发编程 java 共享变量 文章分类 Java 后端开发

并发编程与线程安全

一、并发模拟

Postman：Http请求模拟，并发模拟
Apache Bench（AB）:Apache附带的工具，测试网址性能
JMeter：Apache组织开发的压力测试工具
代码：Semaphore（信号量）、CountDownLatch（计数器）

二、线程安全性

定义：当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用【何种调度方式】或者这些进程将如何交替执行，并且在主调代码中【不需要任何额外的同步或协同】，这个类都能表现出【正确的行为】，那么就称这个类是线程安全的。

原子性：提供了互斥访问，统一时刻只能有一个线程来对它进行操作。
可见性：一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到。
有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序。

1）原子性 - Atomic包：（java.util.concurrent.atomic.XXX）

AtomicInteger 、AtomicLong 、LongAdder

如：计数AtomicInteger（它的实现原理是，Unsafe.compareAndSwapInt实现类先获取了底层（主内存）的值，来跟传进去（运行内存）的值进行了比较，
如果不相等则取内存的值）

例子：并发200个线程，去请求5000次的加1操作。

1.1 AtomicInteger

备注：@ThreadSafe 自定义注解表示是线程安全的意思，便于识别！

import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

@Slf4j
@ThreadSafe
public class AtomicExample1 {

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    add();
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("count:{}", count.get());
    }

    private static void add() {
        count.incrementAndGet();
        // count.getAndIncrement();
    }
}

多次计算的结果都是正确的：说明是线程安全的
结果打印：

16:43:38.728 [main] INFO  - count:5000

Process finished with exit code 0

1.2 AtomicLong ，LongAdder

AtomicLong ，LongAdder
long相关原子计算类对比：LongAdder 优化了高并发性能。AtomicLong 在低并发有速度和准确优势。

public static AtomicLong count = new AtomicLong(0);
count.incrementAndGet();

public static LongAdder count = new LongAdder();
count.increment();

1.3）AtomicReference、AtomicIntegerFieldUpdater

AtomicReference：

count.compareAndSet(a,b); 该方法作用：对比一致的话则设值。

import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference; 

@Slf4j
@ThreadSafe
public class AtomicExample4 {

    private static AtomicReference<Integer> count = new AtomicReference<>(0);

    public static void main(String[] args) {
        count.compareAndSet(0, 2); // 2
        count.compareAndSet(0, 1); // no
        count.compareAndSet(1, 3); // no
        count.compareAndSet(2, 4); // 4
        count.compareAndSet(3, 5); // no
        log.info("count:{}", count.get());
    }
}

AtomicIntegerFieldUpdater：
//原子性去更新某个类中的一个实例中的一个字段。必须用volatile 修饰且非静态的字段。

import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.Getter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

@Slf4j
@ThreadSafe
public class AtomicExample5 {

    private static AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicExample5> updater =
            AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicExample5.class, "count");

    @Getter
    public volatile int count = 100;

    public static void main(String[] args) {

        AtomicExample5 example5 = new AtomicExample5();

        if (updater.compareAndSet(example5, 100, 120)) {
            log.info("update success 1, {}", example5.getCount());
        }

        if (updater.compareAndSet(example5, 100, 120)) {
            log.info("update success 2, {}", example5.getCount());
        } else {
            log.info("update failed, {}", example5.getCount());
        }
    }
}

1.4）AtomicStampedReference

AtomicStampedReference: CAS,ABA，每当被修改一次增加一个版本，从而解决原子性问题。

1.5）AtomicBoolean

AtomicBoolean：常用于让某个代码只执行一次。
isHappened.compareAndSet(false, true); //如果是false则改成true.(以下只执行了一次)

import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

@Slf4j
@ThreadSafe
public class AtomicExample6 {

    private static AtomicBoolean isHappened = new AtomicBoolean(false);

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    test();
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("isHappened:{}", isHappened.get());
    }

    private static void test() {
        if (isHappened.compareAndSet(false, true)) {
            log.info("execute");
        }
    }
}

1.6 原子性 - 锁

synchronized：依赖JVM
修饰代码块：大括号括起来的代码，作用于【调用的对象】
修饰方法：整个方法，作用于【调用的对象】
修饰静态方法：整个静态方法，作用于【所有对象】
修饰类：括号括起来的部分，作用于【所有对象】

测试synchronized修饰代码块、方法：

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@Slf4j
public class SynchronizedExample1 {

    // 修饰一个代码块
    public void test1(int j) {
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                log.info("test1 {} - {}", j, i);
            }
        }
    }

    // 修饰一个方法
    public synchronized void test2(int j) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            log.info("test2 {} - {}", j, i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedExample1 example1 = new SynchronizedExample1();
        SynchronizedExample1 example2 = new SynchronizedExample1();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(() -> {
            example1.test2(1);
        });
        executorService.execute(() -> {
            example2.test2(2);
        });
    }
}

执行结果：

java测试多线程类 java多线程测试并发_多线程

测试synchronized修饰类、静态方法：

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@Slf4j
public class SynchronizedExample2 {

    // 修饰一个类
    public static void test1(int j) {
        synchronized (SynchronizedExample2.class) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                log.info("test1 {} - {}", j, i);
            }
        }
    }

    // 修饰一个静态方法
    public static synchronized void test2(int j) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            log.info("test2 {} - {}", j, i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedExample2 example1 = new SynchronizedExample2();
        SynchronizedExample2 example2 = new SynchronizedExample2();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(() -> {
            example1.test1(1);
        });
        executorService.execute(() -> {
            example2.test1(2);
        });
    }
}

执行结果：

java测试多线程类 java多线程测试并发_java测试多线程类_02

Lock：依赖特殊的CPU指定、代码实现、ReentrantLock

原子性 - 对比：

synchronized：不可中断锁，适合竞争不激烈，可读性好
Lock：可中断锁，多样化同步，竞争激烈时能维持常态
Atomic：竞争激烈时能维持常态，比Lock性能好，只能同步一个值

2）可见性

导致共享变量在线程间不可见的原因：

线程交叉执行
重排序结合线程交叉执行
共享变量更新后的值没有在工作内容与主存间及时更新

2.1 可见性- synchronized

JMM关于synchronized的两条规定：

线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主存
线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主存中重新读取最新的值（注意，加锁与解锁是同一把锁）

2.2 可见性- volatile

通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现

对volatile变量写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存
对volatile变量读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令，从主内存中读取共享变量值

2.2 可见性- volatile使用

满足2个条件：

对变量的写操作不依赖当前值
该变量没有包含在具有其他变量的不变式子中
不适合计数场景，适合状态值标记,检查2次。

例如：

volatile boolean inited = false;

//线程1
context = loadContext();
inited = true;

//线程2
while(!inited){
 sleep();
}
doSomethingWithConfig(context);

3）有序性

Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。
volatile、synchronized、Lock

3.1 有序性 - happends-before 原则

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。
锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作。
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
线程启动原则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个操作。
线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止规则，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始。