Java学习笔记之J.U.C和Java的IO机制篇

简介

J.U.C全称为java.util.concurrent，是java解决高并发的一种方案其中包含CAS（Compare and Swap）和AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的概念。

• CAS是atomic包的基础；
• AQS是locks包和一些常用类如：Semophore、ReentrantLock等类的基础。

J.U.C包的分类

并发工具类

CountDownLatch：让主线程等待一组事件发生后继续执行。
  事件：CountDownLatch里的countDown()方法。

CyclicBarrier：阻塞当前线程，等待其他线程。

• 等待其它线程，且会阻塞当前线程，所有线程必须同时到达栅栏位置后，才能继续执行；
• 所有线程到达栅栏处，可以触发执行另一个预先设置的线程。

Semaphore：控制某个资源可被同时访问的线程个数。

Exchanger：两个线程到达同步点，相互交换数据。

BlockingQueue：提供可阻塞的入队和出队操作（主要用于生产者-消费者模式，队尾添加，队头消费）

1. ArrayBlockingQueue : —个由数组结构组成的有界阻塞队列；
2. LinkedBlockingQueue : —个由链表结构组成的有界/无界阻塞队列；
3. PriorityBlockingQueue :—个支持优先级排序的无界阻塞队列；

4. DealyQueue :—个使用优先级队列实现的无界阻塞队列；
5. SynchronousQueue :—个不存储元素的阻塞队列；
6. LinkedTransferQueue :—个由链表结构组成的无界阻塞队列；
7. LinkedBlockingDeque : —个由链表结构组成的双向阻塞队列。

Java的IO机制

Java的IO机制包括BIO、NIO、AIO，下面我们来看看它们的内部逻辑。

Block-IO：inputStream和OutputStream、Reader和Writer。

NonBlock-IO：构建多路复用、同步非阻塞的IO操作

Asynchronous IO：基于事件和回调机制

AIO如何进一步加工处理结果？

• 基于回调：实现CompletionHandler接口，调用时触发回调函数；
• 返回Future：通过isDone()查看是否准备好，通过get()等待返回数据。

IO多路复用：调用系统级别的select/poll/epoll

select、poll、epoll 区别
1、支持一个进程所能打开的最大连接数

select	单个进程所能打开的最大连接数有FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小（在32位的机器上，大小就是3232，同理64位机器上FD_SETSIZE为3264），当然我们可以对进行修改，然后重新编译内核，但是性能可能会受到影响，这需要进一步的测试。
poll	poll本质上和select没有区别，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。
epoll	虽然连接数有上限，但是很大，1G内存的机器上可以打开10万左右的连接。

2、FD（FileDescriptor）剧增后带来的IO效率问题

select	因为每次调用时都会对连接进行线性遍历，所以随着FD的增加会造成遍历速度慢，线性下降性能问题。
poll	同上
epoll	因为epoll内核中实现是根据每个fd上的callback函数来实现的，只有活跃的socket才会主动调用callback，所以在活跃socket较少的情况下，使用epoll没有前面两者的线性下降的性能问题，但是所有socket都很活跃的情况下，可能会有性能问题。

3、 消息传递方式

select	内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作（4次左右）
poll	同上
epoll	epoll通过内核和用户空间共享一块内存来实现的。

BIO、NIO、AIO区别

属性/模型	阻塞BIO	非阻塞NIO	异步AIO
blocking	阻塞并同步	非阻塞但同步	非阻塞并异步
线程数（服务端：客户端）	1:1	1：N	0：N
复杂度	简单	较复杂	复杂
吞吐量	低	高	高