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分类:编程语言

无锁HashMap的原理与实现

无锁HashMap的原理与实现

 (本文由投稿)

在《疫苗:Java HashMap的死循环》中,我们看到,java.util.HashMap并不能直接应用于多线程环境。对于多线程环境中应用HashMap,主要有以下几种选择:

  1. 使用线程安全的java.util.Hashtable作为替代。
  2. 使用java.util.Collections.synchronizedMap方法,将已有的HashMap对象包装为线程安全的。
  3. 使用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap类作为替代,它具有非常好的性能。

而以上几种方法在实现的具体细节上,都或多或少地用到了互斥锁。互斥锁会造成线程阻塞,降低运行效率,并有可能产生死锁、优先级翻转等一系列问题。

CAS(Compare And Swap)是一种底层硬件提供的功能,它可以将判断并更改一个值的操作原子化。关于CAS的一些应用,《无锁队列的实现》一文中有很详细的介绍。

Java中的原子操作

在java.util.concurrent.atomic包中,Java为我们提供了很多方便的原子类型,它们底层完全基于CAS操作。

例如我们希望实现一个全局公用的计数器,那么可以:

 

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(3);

public void addCounter() {
    for (;;) {
        int oldValue = counter.get();
        int newValue = oldValue + 1;
        if (counter.compareAndSet(oldValue, newValue))
            return;
    }
}

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浏览器的渲染原理简介

浏览器的渲染原理简介

看到这个标题大家一定会想到这篇神文《How Browsers Work》,这篇文章把浏览器的很多细节讲得很细,而且也被翻译成了中文。为什么我还想写一篇呢?因为两个原因,

1)这篇文章太长了,阅读成本太大,不能一口气读完。

2)花了大力气读了这篇文章后可以了解很多,但似乎对工作没什么帮助。

所以,我准备写下这篇文章来解决上述两个问题。希望你能在上班途中,或是坐马桶时就能读完,并能从中学会一些能用在工作上的东西。

浏览器工作大流程

废话少说,先来看个图:

从上面这个图中,我们可以看到那么几个事:

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疫苗:Java HashMap的死循环

疫苗:Java HashMap的死循环

在淘宝内网里看到同事发了贴说了一个CPU被100%的线上故障,并且这个事发生了很多次,原因是在Java语言在并发情况下使用HashMap造成Race Condition,从而导致死循环。这个事情我4、5年前也经历过,本来觉得没什么好写的,因为Java的HashMap是非线程安全的,所以在并发下必然出现问题。但是,我发现近几年,很多人都经历过这个事(在网上查“HashMap Infinite Loop”可以看到很多人都在说这个事)所以,觉得这个是个普遍问题,需要写篇疫苗文章说一下这个事,并且给大家看看一个完美的“Race Condition”是怎么形成的。

问题的症状

从前我们的Java代码因为一些原因使用了HashMap这个东西,但是当时的程序是单线程的,一切都没有问题。后来,我们的程序性能有问题,所以需要变成多线程的,于是,变成多线程后到了线上,发现程序经常占了100%的CPU,查看堆栈,你会发现程序都Hang在了HashMap.get()这个方法上了,重启程序后问题消失。但是过段时间又会来。而且,这个问题在测试环境里可能很难重现。

我们简单的看一下我们自己的代码,我们就知道HashMap被多个线程操作。而Java的文档说HashMap是非线程安全的,应该用ConcurrentHashMap。

但是在这里我们可以来研究一下原因。

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“C++的数组不支持多态”?

“C++的数组不支持多态”?

先是在微博上看到了个微博和云风的评论,然后我回了“楼主对C的内存管理不了解”。

后来引发了很多人的讨论,大量的人又借机来黑C++,比如:

//@Baidu-ThursdayWang:这不就c++弱爆了的地方吗,需要记忆太多东西

//@编程浪子张发财:这个跟C关系真不大。不过我得验证一下,感觉真的不应该是这样的。如果基类的析构这种情况不能 调用,就太弱了。

//@程序元:现在看来,当初由于毅力不够而没有深入纠缠c++语言特性的各种犄角旮旯的坑爹细枝末节,实是幸事。为现在还沉浸于这些诡异特性并乐此不疲的同志们感到忧伤。

然后,也出现了一些乱七八糟的理解:

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Unix考古记:一个“遗失”的shell

Unix考古记:一个“遗失”的shell

(感谢网友Leo投递此文)

谨以此文纪念伟大的计算机科学巨匠Ken ThompsonDennis Ritchie,并同时向其他所有为Unix发展做出贡献的黑客致敬。

历史的尘埃

Unix作为一个举世闻名的操作系统已有40余年的历史,围绕着这个古老的操作系统的发展又衍生出了一系列外围软件生态群,其中一个非常重要的组件就是shell。它是操作系统最外层的接口,负责直接面向用户交互并提供内核服务,包括命令行接口(CLI)或图形界面接口(GUI)两种形式。以CLI为例,它提供一套命令规范,是一种解释性语言,将用户输入经过解释器(interpreter)输出使其转化成真正的系统调用,实现人机交互的功能。

和操作系统一样,shell也经历了一个漫长的演变史。如今大部分资料讲述最古老的shell都是从1977年的Bourne Shell说起的,它最初移植到Unix V7上,被追认整个shell家族成员的鼻祖,后来的种群都是从其身上分支出来的。

Linux shells since 1977

对于1977年之前的历史很多资料大多一笔带过或略过不提。事实上,第一个移植到Unix上的shell却不是Steve Bourne写的,早在1975年5月,贝尔实验室就对外发布了第一个广泛传播的Unix版本——Unix V6(之前开发的版本只供内部研究之用),其根目录下的/bin/sh是第一个Unix自带的shell,由Ken Thompson写的,因此也被称为Thompson Shell。甚至,更早可以追溯到1971年的时候,Thompson Shell就作为一个独立于内核的应用程序而实现了,只不过从1975年正式问世到1977年被取代,短短两年的寿命使得它很少为大多数人所认识。

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实例分析Java Class的文件结构

实例分析Java Class的文件结构

【感谢网友 @Krq_Tiger 投稿】

今天把之前在Evernote中的笔记重新整理了一下,发上来供对java class 文件结构的有兴趣的同学参考一下。

学习Java的朋友应该都知道Java从刚开始的时候就打着平台无关性的旗号,说“一次编写,到处运行”,其实说到无关性,Java平台还有另外一个无关 性那就是语言无关性,要实现语言无关性,那么Java体系中的class的文件结构或者说是字节码就显得相当重要了,其实Java从刚开始的时候就有两套 规范,一个是Java语言规范,另外一个是Java虚拟机规范,Java语言规范只是规定了Java语言相关的约束以及规则,而虚拟机规范则才是真正从跨 平台的角度去设计的。今天我们就以一个实际的例子来看看,到底Java中一个Class文件对应的字节码应该是什么样子。 这篇文章将首先总体上阐述一下Class到底由哪些内容构成,然后再用一个实际的Java类入手去分析class的文件结构。

在继续之前,我们首先需要明确如下几点:

1)Class文件是有8个字节为基础的字节流构成的,这些字节流之间都严格按照规定的顺序排列,并且字节之间不存在任何空隙,对于超过8个字节的数据,将按 照Big-Endian的顺序存储的,也就是说高位字节存储在低的地址上面,而低位字节存储到高地址上面,其实这也是class文件要跨平台的关键,因为 PowerPC架构的处理采用Big-Endian的存储顺序,而x86系列的处理器则采用Little-Endian的存储顺序,因此为了Class文 件在各中处理器架构下保持统一的存储顺序,虚拟机规范必须对起进行统一。

2) Class文件结构采用类似C语言的结构体来存储数据的,主要有两类数据项,无符号数和表,无符号数用来表述数字,索引引用以及字符串等,比如 u1,u2,u4,u8分别代表1个字节,2个字节,4个字节,8个字节的无符号数,而表是有多个无符号数以及其它的表组成的复合结构。可能大家看到这里 对无符号数和表到底是上面也不是很清楚,不过不要紧,等下面实例的时候,我会再以实例来解释。

明确了上面的两点以后,我们接下来后来看看Class文件中按照严格的顺序排列的字节流都具体包含些什么数据:

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并发框架Disruptor译文

并发框架Disruptor译文

(感谢同事方腾飞投递本文)

Martin Fowler在自己网站上写了一篇LMAX架构的文章,在文章中他介绍了LMAX是一种新型零售金融交易平台,它能够以很低的延迟产生大量交易。这个系统是建立在JVM平台上,其核心是一个业务逻辑处理器,它能够在一个线程里每秒处理6百万订单。业务逻辑处理器完全是运行在内存中,使用事件源驱动方式。业务逻辑处理器的核心是Disruptor。

Disruptor它是一个开源的并发框架,并获得2011 Duke’s 程序框架创新奖,能够在无锁的情况下实现网络的Queue并发操作。本文是Disruptor官网中发布的文章的译文(现在被移到了GitHub)。

剖析Disruptor:为什么会这么快

Disruptor如何工作和使用

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Linus:利用二级指针删除单向链表

Linus:利用二级指针删除单向链表

感谢网友full_of_bull投递此文(注:此文最初发表在这个这里,我对原文后半段修改了许多,并加入了插图)

Linus大婶在slashdot上回答一些编程爱好者的提问,其中一个人问他什么样的代码是他所喜好的,大婶表述了自己一些观点之后,举了一个指针的例子,解释了什么才是core low-level coding

下面是Linus的教学原文及翻译——

“At the opposite end of the spectrum, I actually wish more people understood the really core low-level kind of coding. Not big, complex stuff like the lockless name lookup, but simply good use of pointers-to-pointers etc. For example, I’ve seen too many people who delete a singly-linked list entry by keeping track of the “prev” entry, and then to delete the entry, doing something like。(在这段话的最后,我实际上希望更多的人了解什么是真正的核心底层代码。这并不像无锁文件名查询(注:可能是git源码里的设计)那样庞大、复杂,只是仅仅像诸如使用二级指针那样简单的技术。例如,我见过很多人在删除一个单项链表的时候,维护了一个”prev”表项指针,然后删除当前表项,就像这样)”

if (prev)
    prev->next = entry->next;
else
    list_head = entry->next;

and whenever I see code like that, I just go “This person doesn’t understand pointers”. And it’s sadly quite common.(当我看到这样的代码时,我就会想“这个人不了解指针”。令人难过的是这太常见了。)

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Web工程师的工具箱

Web工程师的工具箱

Web Toolbox本文出自Ivan Zuzak 的《The Web engineer’s online toolbox》,作者给了一个各种可以用来进行开发、测试、调试以及文档编排的在线工具集。(注:我发现CSDN上已经有了这篇文章《Web工程师必备的18款工具》,但可惜的是这篇文章并不全(原文后来被更新到了33个工具),而且其中并没有包括原文评论中出现的所有工具,所以,我一并补全了更出来,一共40多个工具)

Web工程师在线工具箱

  • RequestBin允许你创建一个URL,利用这款工具进行收集请求,然后通过个性化方式进行检查。
  • HttpbinHTTP请求&响应服务,涵盖所有的HTTP方案(例如不同的HTTP verbs、状态代码和重定向)。类似工具:UrlEcho
  • REDbot这是一个机器人工具,帮助用户检查HTTP资源,可查看它的操作情况,指出常见的问题并提出改进。类似工具:HTTP lint
  • WebGun用于创建webhooks模板的API。类似工具:UrlReq
  • Webscript  自选一个url,填一段Lua代码,就能对访问做各种respond,还可以主动运行任务,cron job等等…

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如此理解面向对象编程

如此理解面向对象编程

从Rob Pike 的 Google+上的一个推看到了一篇叫《Understanding Object Oriented Programming》的文章,我先把这篇文章简述一下,然后再说说老牌黑客Rob Pike的评论。

先看这篇教程是怎么来讲述OOP的。它先给了下面这个问题,这个问题需要输出一段关于操作系统的文字:假设Unix很不错,Windows很差。

这个把下面这段代码描述成是Hacker Solution。(这帮人觉得下面这叫黑客?我估计这帮人真是没看过C语言的代码)

public class PrintOS
{
	public static void main(final String[] args)
	{
		String osName = System.getProperty("os.name") ;
		if (osName.equals("SunOS") || osName.equals("Linux"))
		{
			System.out.println("This is a UNIX box and therefore good.") ;
		}
		else if (osName.equals("Windows NT") || osName.equals("Windows 95"))
		{
			System.out.println("This is a Windows box and therefore bad.") ;
		}
		else
		{
			System.out.println("This is not a box.") ;
		}
	}
}

然后开始用面向对象的编程方式一步一步地进化这个代码。

先是以过程化的思路来重构之。

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