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并发编程一致性

发布时间:2022-06-16 21:40:27

Ⅰ 如何处理并发java

如果你是负责实现算法的,其实并不需要考虑所谓的并发性,因为算法与具体业务是不相干的,同样的一个算法被多次调用并不会引起什么不良的后果,即使客户程序丢给你一个被并发访问的参数,你也不需要考虑它,这是客户程序应该考虑的事。
我想你不必去费心设计一个单例,单例有它自身的问题和缺陷。这里只需要将类中的方法声明为public static就应该能满足要求了。

Ⅱ 大学计算机基础知识点整理

1、计算机组成原理

如果你不是做操作系统/驱动程序的,直接和硬件打交道的机会很少,因为操作系统已经把他们屏蔽掉了,提供了抽象的API给我们使用。

但是还必须理解冯诺依曼体系的结构,CPU和内存,硬盘,各种外设之间的关系,寄存器、缓存等知识。CPU有哪些指令,如何执行这些指令,如果实现数组,结构体,函数调用,这就涉及到汇编的知识。像原码,反码,补码,定点数、浮点数的表示和运算也是编程中必备的知识,几乎每种语言都要涉及。

现在很多语言都是在虚拟机上运行的,你只要是了解了计算机的组成原理,再去看哪些虚拟机,就会发现概念都是相通的。另外CPU中的缓存,缓存一致性协议,DMA的异步思想都会在应用层中有所体现。《编码》是一个更加科普性,但是也更加有趣的讲组成原理的书。

2、操作系统

操作系统是比较枯燥的,站在应用层的角度,我认为重点是掌握操作系统对外提供的抽象,包括进程、线程,文件,虚拟内存,以及进程间的通信问题。

几乎所有的编程语言都会涉及到对多进程或者多线程编程的支持,特别是多线程的并发编程,所以必须得搞明白他们的本质是什么,线程都有哪些实现方式。得真正地体会到“进程是资源分配的最小单位,线程是调度的最小单位。”这句话的含义。

几乎所有的编程语言都会涉及到锁和死锁,最好在最底层理解锁是怎么实现的。需要理解虚拟内存和物理内存直接的关系,分段和分页,文件系统的基本原理。对于进程的调度,页面分配/置换算法,磁盘的调度算法,I/O系统,我认为优先级比较低。

3、数据库

这个和日常工作结合极其紧密,不用我再多说,包括最基本的SQL,各种范式,事务及其隔离级别,事务的实现方式,索引及其实现方式,B+树等等。

4、编译原理

你一辈子也许都不会去写一个编译器,但是很有可能会利用现成的工具去生成/操作一个抽象语法树(AST),甚至可以会写一个DSL(领域特定语言)。所以你得理解词法分析、语法分析、语义分析,中间代码生成,代码优化这个基本编译的过程。

(2)并发编程一致性扩展阅读

Cache的原理

如果存在(命中),则直接返回该数据;如果不存在(失效),再去访问内存——先把内存中的相应数据载入缓存,再将其返回处理器。

提供“高速缓存”的目的是让数据访问的速度适应CPU的处理速度,通过减少访问内存的次数来提高数据存取的速度。

Cache技术所依赖的原理是”程序执行与数据访问的局部性原理“,这种局部性表现在两个方面:时间局部性:如果程序中的某条指令一旦执行,不久以后该指令可能再次执行,如果某数据被访问过,不久以后该数据可能再次被访问。

Ⅲ 高并发下,数据库成最大问题怎么办

一、数据库结构的设计

为了保证数据库的一致性和完整性,在逻辑设计的时候往往会设计过多的表间关联,尽可能的降低数据的冗余。(例如用户表的地区,我们可以把地区另外存放到一个地区表中)如果数据冗余低,数据的完整性容易得到保证,提高了数据吞吐速度,保证了数据的完整性,清楚地表达数据元素之间的关系。不要用自增属性字段作为主键与子表关联。不便于系统的迁移和数据恢复。对外统计系统映射关系丢失。
表的设计具体注意的问题:
1、数据行的长度不要超过8020字节,如果超过这个长度的话在物理页中这条数据会占用两行从而造成存储碎片,降低查询效率。
2、能够用数字类型的字段尽量选择数字类型而不用字符串类型的(电话号码),这会降低查询和连接的性能,并会增加存储开销。这是因为引擎在处理查询和连接回逐个比较字符串中每一个字符,而对于数字型而言只需要比较一次就够了。
3、对于不可变字符类型char和可变字符类型varchar都是8000字节,char查询快,但是耗存储空间,varchar查询相对慢一些但是节省存储空间。在设计字段的时候可以灵活选择,例如用户名、密码等长度变化不大的字段可以选择CHAR,对于评论等长度变化大的字段可以选择VARCHAR。
4、字段的长度在最大限度的满足可能的需要的前提下,应该尽可能的设得短一些,这样可以提高查询的效率,而且在建立索引的时候也可以减少资源的消耗。

二、查询的优化

在数据窗口使用SQL时,尽量把使用的索引放在选择的首列;算法的结构尽量简单;
在查询时,不要过多地使用通配符如SELECT* FROM T1语句,要用到几列就选择几列如:SELECT COL1,COL2 FROMT1;在可能的情况下尽量限制尽量结果集行数如:SELECT TOP 300 COL1,COL2,COL3 FROMT1,因为某些情况下用户是不需要那么多的数据的。
在没有建索引的情况下,数据库查找某一条数据,就必须进行全表扫描了,对所有数据进行一次遍历,查找出符合条件的记录。在数据量比较小的情况下,也许看不出明显的差别,但是当数据量大的情况下,这种情况就是极为糟糕的了。
SQL语句在SQL SERVER中是如何执行的,他们担心自己所写的SQL语句会被SQLSERVER误解。比如:
select * from table1 where name='zhangsan' and tID >10000和执行:
select * from table1 where tID > 10000 andname='zhangsan'
一些人不知道以上两条语句的执行效率是否一样,因为如果简单的从语句先后上看,这两个语句的确是不一样,如果tID是一个聚合索引,那么后一句仅仅从表的10000条以后的记录中查找就行了;而前一句则要先从全表中查找看有几个name='zhangsan'的,而后再根据限制条件条件tID>10000来提出查询结果。
事实上,这样的担心是不必要的。SQLSERVER中有一个“查询分析优化器”,它可以计算出where子句中的搜索条件并确定哪个索引能缩小表扫描的搜索空间,也就是说,它能实现自动优化。虽然查询优化器可以根据where子句自动的进行查询优化,但有时查询优化器就会不按照您的本意进行快速查询。

所以,优化查询最重要的就是,尽量使语句符合查询优化器的规则避免全表扫描而使用索引查询。
具体要注意的:
1.应尽量避免在 where 子句中对字段进行 null 值判断,否则将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描,如:

select id from t where num is null

可以在num上设置默认值0,确保表中num列没有null值,然后这样查询:

select id from t where num=0
2.应尽量避免在 where子句中使用!=或<>操作符,否则将引擎放弃使用索引而进行全表扫描。优化器将无法通过索引来确定将要命中的行数,因此需要搜索该表的所有行。
3.应尽量避免在 where 子句中使用 or 来连接条件,否则将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描,如:

select id from t where num=10 or num=20

可以这样查询:

select id from t where num=10
union all
select id from t where num=20s
4.in 和 not in 也要慎用,因为IN会使系统无法使用索引,而只能直接搜索表中的数据。如:

select id from t where num in(1,2,3)
对于连续的数值,能用 between 就不要用 in 了:
select id from t where num between 1 and 3
6.必要时强制查询优化器使用某个索引,如在 where子句中使用参数,也会导致全表扫描。因为SQL只有在运行时才会解析局部变量,但优化程序不能将访问计划的选择推迟到运行时;它必须在编译时进行选择。然而,如果在编译时建立访问计划,变量的值还是未知的,因而无法作为索引选择的输入项。如下面语句将进行全表扫描:

select id from t where num=@num
可以改为强制查询使用索引:
select id from t with(index(索引名)) where num=@num
7.应尽量避免在 where 子句中对字段进行表达式操作,这将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描。如:

SELECT * FROM T1 WHERE F1/2=100
应改为:
SELECT * FROM T1 WHERE F1=100*2
SELECT * FROM RECORD WHERESUBSTRING(CARD_NO,1,4)=’5378’
应改为:
SELECT * FROM RECORD WHERE CARD_NO LIKE ‘5378%’
SELECT member_number, first_name, last_name FROMmembers
WHERE DATEDIFF(yy,datofbirth,GETDATE()) >21
应改为:
SELECT member_number, first_name, last_name FROMmembers
WHERE dateofbirth <DATEADD(yy,-21,GETDATE())
即:任何对列的操作都将导致表扫描,它包括数据库函数、计算表达式等等,查询时要尽可能将操作移至等号右边。
8.应尽量避免在where子句中对字段进行函数操作,这将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描。如:

select id from t wheresubstring(name,1,3)='abc'--name以abc开头的id
select id from t wheredatediff(day,createdate,'2005-11-30')=0--‘2005-11-30’生成的id
应改为:
select id from t where name like 'abc%'
select id from t where createdate>='2005-11-30' andcreatedate<'2005-12-1'
9.不要在 where 子句中的“=”左边进行函数、算术运算或其他表达式运算,否则系统将可能无法正确使用索引。
10.在使用索引字段作为条件时,如果该索引是复合索引,那么必须使用到该索引中的第一个字段作为条件时才能保证系统使用该索引,否则该索引将不会被使用,并且应尽可能的让字段顺序与索引顺序相一致。
11.很多时候用 exists是一个好的选择:

elect num from a where num in(select num from b)
用下面的语句替换:
select num from a where exists(select 1 from b where num=a.num)
但是后者的效率显然要高于前者。因为后者不会产生大量锁定的表扫描或是索引扫描。
如果你想校验表里是否存在某条纪录,不要用count(*)那样效率很低,而且浪费服务器资源。可以用EXISTS代替。如:
IF (SELECT COUNT(*) FROM table_name WHERE column_name ='xxx')
可以写成:
IF EXISTS (SELECT * FROM table_name WHERE column_name = 'xxx')
12.尽量使用表变量来代替临时表。如果表变量包含大量数据,请注意索引非常有限(只有主键索引)。
13.避免频繁创建和删除临时表,以减少系统表资源的消耗。
14.临时表并不是不可使用,适当地使用它们可以使某些例程更有效,例如,当需要重复引用大型表或常用表中的某个数据集时。但是,对于一次性事件,最好使用导出表。
15.在新建临时表时,如果一次性插入数据量很大,那么可以使用 select into 代替 create table,避免造成大量log ,以提高速度;如果数据量不大,为了缓和系统表的资源,应先create table,然后insert。
16.如果使用到了临时表,在存储过程的最后务必将所有的临时表显式删除,先 truncate table ,然后 drop table,这样可以避免系统表的较长时间锁定。
17.在所有的存储过程和触发器的开始处设置 SET NOCOUNT ON ,在结束时设置 SET NOCOUNT OFF。无需在执行存储过程和触发器的每个语句后向客户端发送 DONE_IN_PROC 消息。
18.尽量避免大事务操作,提高系统并发能力。
19.尽量避免向客户端返回大数据量,若数据量过大,应该考虑相应需求是否合理。

20.避免使用不兼容的数据类型。例如float和int、char和varchar、binary和varbinary是不兼容的。数据类型的不兼容可能使优化器无法执行一些本来可以进行的优化操作。例如:

SELECT name FROM employee WHERE salary >60000
在这条语句中,如salary字段是money型的,则优化器很难对其进行优化,因为60000是个整型数。我们应当在编程时将整型转化成为钱币型,而不要等到运行时转化。

23、能用DISTINCT的就不用GROUP BY

SELECT OrderID FROM Details WHERE UnitPrice > 10 GROUP BYOrderID
可改为:
SELECT DISTINCT OrderID FROM Details WHERE UnitPrice > 10
24.能用UNION ALL就不要用UNION

UNION ALL不执行SELECTDISTINCT函数,这样就会减少很多不必要的资源

35.尽量不要用SELECT INTO语句。

SELECT INOT 语句会导致表锁定,阻止其他用户访问该表。

四、建立高效的索引
创建索引一般有以下两个目的:维护被索引列的唯一性和提供快速访问表中数据的策略。
大型数据库有两种索引即簇索引和非簇索引,一个没有簇索引的表是按堆结构存储数据,所有的数据均添加在表的尾部,而建立了簇索引的表,其数据在物理上会按照簇索引键的顺序存储,一个表只允许有一个簇索引,因此,根据B树结构,可以理解添加任何一种索引均能提高按索引列查询的速度,但会降低插入、更新、删除操作的性能,尤其是当填充因子(FillFactor)较大时。所以对索引较多的表进行频繁的插入、更新、删除操作,建表和索引时因设置较小的填充因子,以便在各数据页中留下较多的自由空间,减少页分割及重新组织的工作。
索引是从数据库中获取数据的最高效方式之一。95%的数据库性能问题都可以采用索引技术得到解决。作为一条规则,我通常对逻辑主键使用唯一的成组索引,对系统键(作为存储过程)采用唯一的非成组索引,对任何外键列[字段]采用非成组索引。不过,索引就象是盐,太多了菜就咸了。你得考虑数据库的空间有多大,表如何进行访问,还有这些访问是否主要用作读写。
实际上,您可以把索引理解为一种特殊的目录。微软的SQL SERVER提供了两种索引:聚集索引(clusteredindex,也称聚类索引、簇集索引)和非聚集索引(nonclusteredindex,也称非聚类索引、非簇集索引)。
聚集索引和非聚集索引的区别:
其实,我们的汉语字典的正文本身就是一个聚集索引。比如,我们要查“安”字,就会很自然地翻开字典的前几页,因为“安”的拼音是“an”,而按照拼音排序汉字的字典是以英文字母“a”开头并以“z”结尾的,那么“安”字就自然地排在字典的前部。如果您翻完了所有以“a”开头的部分仍然找不到这个字,那么就说明您的字典中没有这个字;同样的,如果查“张”字,那您也会将您的字典翻到最后部分,因为“张”的拼音是“zhang”。也就是说,字典的正文部分本身就是一个目录,您不需要再去查其他目录来找到您需要找的内容。
我们把这种正文内容本身就是一种按照一定规则排列的目录称为“聚集索引”。
如果您认识某个字,您可以快速地从自动中查到这个字。但您也可能会遇到您不认识的字,不知道它的发音,这时候,您就不能按照刚才的方法找到您要查的字,而需要去根据“偏旁部首”查到您要找的字,然后根据这个字后的页码直接翻到某页来找到您要找的字。但您结合“部首目录”和“检字表”而查到的字的排序并不是真正的正文的排序方法,比如您查“张”字,我们可以看到在查部首之后的检字表中“张”的页码是672页,检字表中“张”的上面是“驰”字,但页码却是63页,“张”的下面是“弩”字,页面是390页。很显然,这些字并不是真正的分别位于“张”字的上下方,现在您看到的连续的“驰、张、弩”三字实际上就是他们在非聚集索引中的排序,是字典正文中的字在非聚集索引中的映射。我们可以通过这种方式来找到您所需要的字,但它需要两个过程,先找到目录中的结果,然后再翻到您所需要的页码。

Ⅳ JAVA开发工程师必须懂什么

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Java是一门面向对象的编程语言,不仅吸收了C++语言的各种优点,还摒弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念,因此Java语言具有功能强大和简单易用两个特征。Java语言作为静态面向对象编程语言的代表,极好地实现了面向对象理论,允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程

Ⅳ 如何搭建亿级并发的系统架构

想设计亿万级高并发架构,你要先知道高并发是什么?

面对流量高峰,不同的企业是如何通过技术手段解决高并发难题的呢?

0、引言

软件系统有三个追求:高性能、高并发、高可用,俗称三高。三者既有区别也有联系,门门道道很多,全面讨论需要三天三夜,本篇讨论高并发。

高并发(High Concurrency)。并发是操作系统领域的一个概念,指的是一段时间内多任务流交替执行的现象,后来这个概念被泛化,高并发用来指大流量、高请求的业务情景,比如春运抢票,电商双十一,秒杀大促等场景。

很多程序员每天忙着搬砖,平时接触不到高并发,哪天受不了跑去面试,还常常会被面试官犀利的高并发问题直接KO,其实吧,高并发系统也不高深,我保证任何一个智商在线的看过这篇文章后,都能战胜恐惧,重拾生活的信心。

本文先介绍高并发系统的度量指标,然后讲述高并发系统的设计思路,再梳理高并发的关键技术,最后结合作者的经验做一些延伸探讨。

1、高并发的度量指标

既然是高并发系统,那并发一定要高,不然就名不副实。并发的指标一般有QPS、TPS、IOPS,这几个指标都是可归为系统吞吐率,QPS越高系统能hold住的请求数越多,但光关注这几个指标不够,我们还需要关注RT,即响应时间,也就是从发出request到收到response的时延,这个指标跟吞吐往往是此消彼长的,我们追求的是一定时延下的高吞吐。

比如有100万次请求,99万次请求都在10毫秒内响应,其他次数10秒才响应,平均时延不高,但时延高的用户受不了,所以,就有了TP90/TP99指标,这个指标不是求平均,而是把时延从小到大排序,取排名90%/99%的时延,这个指标越大,对慢请求越敏感。

除此之外,有时候,我们也会关注可用性指标,这可归到稳定性。

一般而言,用户感知友好的高并发系统,时延应该控制在250毫秒以内。

什么样的系统才能称为高并发?这个不好回答,因为它取决于系统或者业务的类型。不过我可以告诉你一些众所周知的指标,这样能帮助你下次在跟人扯淡的时候稍微靠点儿谱,不至于贻笑大方。

通常,数据库单机每秒也就能抗住几千这个量级,而做逻辑处理的服务单台每秒抗几万、甚至几十万都有可能,而消息队列等中间件单机每秒处理个几万没问题,所以我们经常听到每秒处理数百万、数千万的消息中间件集群,而像阿某的API网关,每日百亿请求也有可能。

2、高并发的设计思路

高并发的设计思路有两个方向:

Ⅵ java工程师需要掌握哪些知识

1、语法:必须比较熟悉,在写代码的时候,IDE(Integrated Development Environment,集成开发环境)的编辑器对某一行报错应该能够根据报错信息知道是什么样的语法错误,并且知道任何修正。

2、命令:必须熟悉JDK(Java Development Kit,Java开发工具箱——JDK 是整个Java的核心,包括了Java运行环境,Java工具和Java基础的类库。JDK是学好Java的第一步。)带的一些常用命令及其常用选项,命令至少需要熟悉:appletviewer、HtmlConverter、jar、 java、javac、javadoc、javap、javaw、native2ascii、serialver,如果这些命令你没有全部使用过,那么你对java实际上还很不了解。

3、工具:必须至少熟练使用一种IDE的开发工具,例如Eclipse、Netbeans、JBuilder、Jdeveloper、IDEA、JCreator或者Workshop,包括进行工程管理、常用选项的设置、插件的安装配置以及进行调试。

4、API(Application Programming Interface,应用程序编程接口):Java的核心API是非常庞大的,但是有一些内容笔者认为是必须熟悉的,否则不可能熟练的运用Java,包括:
◆java.lang包下的80%以上的类的功能的灵活运用。
◆java.util包下的80%以上的类的灵活运用,特别是集合类体系、规则表达式、zip、以及时间、随机数、属性、资源和Timer.
◆java.io包下的60%以上的类的使用,理解IO体系的基于管道模型的设计思路以及常用IO类的特性和使用场合。
◆java.math包下的100%的内容。
◆java.net包下的60%以上的内容,对各个类的功能比较熟悉。
◆java.text包下的60%以上的内容,特别是各种格式化类。
◆熟练运用JDBC. 80%、java.security包下40%以上的内容,如果对于安全没有接触的话根本就不可能掌握java.
◆AWT的基本内容,包括各种组件事件、监听器、布局管理器、常用组件、打印。
◆Swing的基本内容,和AWT的要求类似。
◆XML处理,熟悉SAX、DOM以及JDOM的优缺点并且能够使用其中的一种完成XML的解析及内容处理。

5、测试:Junit测试是程序员测试,即所谓白盒测试。一位合格的Java开发工程师必须熟悉使用junit编写测试用例完成代码的自动测试。

6、管理:必须熟悉使用Ant(中文译为蚂蚁,是一种基于Java的build工具。)完成工程管理的常用任务,例如工程编译、生成javadoc、生成jar、版本控制、自动测试。

7、排错:应该可以根据异常信息比较快速的定位问题的原因和大致位置。

8、思想:必须掌握OOP(Object Oriented Programming,面向对象编程)的主要要求,这样使用Java开发的系统才能是真正的Java系统。

9、规范:编写的代码必须符合流行的编码规范,例如类名首字母大写,成员和方法名首字母小写,方法名的第一个单词一般是动词,包名全部小写等,这样程序的可读性才比较好。

10、博学:掌握J2EE 、Oracle 、WebLogic、Jboss、Spring、Struts、Hibernate 等流行技术,掌握软件架构设计思想、搜索引擎优化、缓存系统设计、网站负载均衡、系统性能调优等实用技术。

Ⅶ 如何解决:java 线程

Java 多线程并发编程会有许多不同的问题,主要有如下问题的应用:

多线程读写共享数据同步问题
并发读数据,保持各个线程读取到的数据一致性的问题。

解决方案:
synchronized关键字和Lock并发锁:主要解决多线程共享数据同步问题。
ThreadLocal主要解决多线程中数据因并发产生不一致问题。

Ⅷ 服务化架构的分布式事务问题用什么方法解决

1. 性能和时延问题

在服务化之前,业务通常都是本地API调用,本地方法调用性能损耗较小。服务化之后,服务提供者和消费者之间采用远程网络通信,增加了额外的性能损耗:

1) 客户端需要对消息进行序列化,主要占用CPU计算资源。

2) 序列化时需要创建二进制数组,耗费JVM堆内存或者堆外内存。

3) 客户端需要将序列化之后的二进制数组发送给服务端,占用网络带宽资源。

4) 服务端读取到码流之后,需要将请求数据报反序列化成请求对象,占用CPU计算资源。

5) 服务端通过反射的方式调用服务提供者实现类,反射本身对性能影响就比较大。

6) 服务端将响应结果序列化,占用CPU计算资源。

7) 服务端将应答码流发送给客户端,占用网络带宽资源。

8) 客户端读取应答码流,反序列化成响应消息,占用CPU资源。

通过分析我们发现,一个简单的本地方法调用,切换成远程服务调用之后,额外增加了很多处理流程,不仅占用大量的系统资源,同时增加了时延。一些复杂
的应用会拆分成多个服务,形成服务调用链,如果服务化框架的性能比较差、服务调用时延也比较大,业务服务化之后的性能和时延将无法满足业务的性能需求。

1.1RPC框架高性能设计

影响RPC框架性能的主要因素有三个。

1) I/O调度模型:同步阻塞I/O(BIO)还是非阻塞I/O(NIO)。

2) 序列化框架的选择:文本协议、二进制协议或压缩二进制协议。

3) 线程调度模型:串行调度还是并行调度,锁竞争还是无锁化算法。

1. I/O调度模型

在I/O编程过程中,当需要同时处理多个客户端接入请求时,可以利用多线程或者I/O多路复用技术进行处理。I/O多路复用技术通过把多个I/O的
阻塞复用到同一个select的阻塞上,从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。与传统的多线程/多进程模型比,I/O多路复用的最大
优势是系统开销小,系统不需要创建新的额外进程或者线程,也不需要维护这些进程和线程的运行,降低了系统的维护工作量,节省了系统资源。

JDK1.5_update10版本使用epoll替代了传统的select/poll,极大地提升了NIO通信的性能,它的工作原理如图1-1所示。

图1-1非阻塞I/O工作原理

Netty是一个开源的高性能NIO通信框架:它的I/O线程NioEventLoop由于聚合了多路复用器Selector,可以同时并发处理成
百上千个客户端Channel。由于读写操作都是非阻塞的,这就可以充分提升I/O线程的运行效率,避免由于频繁I/O阻塞导致的线程挂起。另外,由于
Netty采用了异步通信模式,一个I/O线程可以并发处理N个客户端连接和读写操作,这从根本上解决了传统同步阻塞I/O一连接一线程模型,架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。

Netty被精心设计,提供了很多独特的性能提升特性,使它做到了在各种NIO框架中性能排名第一,它的性能优化措施总结如下。

1) 零拷贝:(1)Netty的接收和发送ByteBuffer采用DIRECT
BUFFERS,使用堆外直接内存进行Socket读写,不需要进行字节缓冲区的二次拷贝。如果使用传统的堆内存(HEAP
BUFFERS)进行Socket读写,JVM会将堆内存Buffer拷贝一份到直接内存中,然后才写入Socket中。相比于堆外直接内存,消息在发送
过程中多了一次缓冲区的内存拷贝。(2)Netty提供了组合Buffer对象,可以聚合多个ByteBuffer对象,用户可以像操作一个Buffer
那样方便地对组合Buffer进行操作,避免了传统通过内存拷贝的方式将几个小Buffer合并成一个大的Buffer。(3)Netty的文件传输采用
了transferTo方法,它可以直接将文件缓冲区的数据发送到目标Channel,避免了传统通过循环write方式导致的内存拷贝问题。

2)
内存池:随着JVM虚拟机和JIT即时编译技术的发展,对象的分配和回收是个非常轻量级的工作。但是对于缓冲区Buffer,情况却稍有不同,特别是对于
堆外直接内存的分配和回收,是一件耗时的操作。为了尽量重用缓冲区,Netty提供了基于内存池的缓冲区重用机制。性能测试表明,采用内存池的
ByteBuf相比于朝生夕灭的ByteBuf,性能高23倍左右(性能数据与使用场景强相关)。

3)
无锁化的串行设计:在大多数场景下,并行多线程处理可以提升系统的并发性能。但是,如果对于共享资源的并发访问处理不当,会带来严重的锁竞争,这最终会导
致性能的下降。为了尽可能地避免锁竞争带来的性能损耗,可以通过串行化设计,即消息的处理尽可能在同一个线程内完成,期间不进行线程切换,这样就避免了多
线程竞争和同步锁。为了尽可能提升性能,Netty采用了串行无锁化设计,在I/O线程内部进行串行操作,避免多线程竞争导致的性能下降。表面上看,串行
化设计似乎CPU利用率不高,并发程度不够。但是,通过调整NIO线程池的线程参数,可以同时启动多个串行化的线程并行运行,这种局部无锁化的串行线程设
计相比一个队列-多个工作线程模型性能更优。

4) 高效的并发编程:volatile的大量、正确使用;CAS和原子类的广泛使用;线程安全容器的使用;通过读写锁提升并发性能。

2. 高性能序列化框架

影响序列化性能的关键因素总结如下。

1) 序列化后的码流大小(网络带宽的占用)。

2) 序列化&反序列化的性能(CPU资源占用)。

3) 是否支持跨语言(异构系统的对接和开发语言切换)。

4) 并发调用的性能表现:稳定性、线性增长、偶现的时延毛刺等。

相比于JSON等文本协议,二进制序列化框架性能更优异,以Java原生序列化和Protobuf二进制序列化为例进行性能测试对比,结果如图1-2所示。

图1-2序列化性能测试对比数据

在序列化框架的技术选型中,如无特殊要求,尽量选择性能更优的二进制序列化框架,码流是否压缩,则需要根据通信内容做灵活选择,对于图片、音频、有大量重复内容的文本文件(例如小说)可以采用码流压缩,常用的压缩算法包括GZip、Zig-Zag等。

3. 高性能的Reactor线程模型

该模型的特点总结如下。

1) 有专门一个NIO线程:Acceptor线程用于监听服务端,接收客户端的TCP连接请求。

2) 网络I/O操作:读、写等由一个NIO线程池负责,线程池可以采用标准的JDK线程池实现,它包含一个任务队列和N个可用的线程,由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送。

3) 1个NIO线程可以同时处理N条链路,但是1个链路只对应1个NIO线程,防止产生并发操作。

由于Reactor模式使用的是异步非阻塞I/O,所有的I/O操作都不会导致阻塞,理论上一个线程可以独立处理所有I/O相关的操作,因此在绝大多数场景下,Reactor多线程模型都可以完全满足业务性能需求。

Reactor线程调度模型的工作原理示意如图1-3所示。

图1-3高性能的Reactor线程调度模型

1.2业务最佳实践

要保证高性能,单依靠分布式服务框架是不够的,还需要应用的配合,应用服务化高性能实践总结如下:

1) 能异步的尽可能使用异步或者并行服务调用,提升服务的吞吐量,有效降低服务调用时延。

2) 无论是NIO通信框架的线程池还是后端业务线程池,线程参数的配置必须合理。如果采用JDK默认的线程池,最大线程数建议不超过20个。因为JDK的线程池默认采用N个线程争用1个同步阻塞队列方式,当线程数过大时,会导致激烈的锁竞争,此时性能不仅不会提升,反而会下降。

3)
尽量减小要传输的码流大小,提升性能。本地调用时,由于在同一块堆内存中访问,参数大小对性能没有任何影响。跨进程通信时,往往传递的是个复杂对象,如果
明确对方只使用其中的某几个字段或者某个对象引用,则不要把整个复杂对象都传递过去。举例,对象A持有8个基本类型的字段,2个复杂对象B和C。如果明确
服务提供者只需要用到A聚合的C对象,则请求参数应该是C,而不是整个对象A。

4) 设置合适的客户端超时时间,防止业务高峰期因为服务端响应慢导致业务线程等应答时被阻塞,进而引起后续其他服务的消息在队列中排队,造成故障扩散。

5) 对于重要的服务,可以单独部署到独立的服务线程池中,与其他非核心服务做隔离,保障核心服务的高效运行。

6) 利用Docker等轻量级OS容器部署服务,对服务做物理资源层隔离,避免虚拟化之后导致的超过20%的性能损耗。

7) 设置合理的服务调度优先级,并根据线上性能监控数据做实时调整。

2. 事务一致性问题

服务化之前,业务采用本地事务,多个本地SQL调用可以用一个大的事务块封装起来,如果某一个数据库操作发生异常,就可以将之前的SQL操作进行回滚,只有所有SQL操作全部成功,才最终提交,这就保证了事务强一致性,如图2-1所示。

服务化之后,三个数据库操作可能被拆分到独立的三个数据库访问服务中,此时原来的本地SQL调用演变成了远程服务调用,事务一致性无法得到保证,如图2-2所示。

图2-2服务化之后引入分布式事务问题

假如服务A和服务B调用成功,则A和B的SQL将会被提交,最后执行服务C,它的SQL操作失败,对于应用1消费者而言,服务A和服务B的相关
SQL操作已经提交,服务C发生了回滚,这就导致事务不一致。从图2-2可以得知,服务化之后事务不一致主要是由服务分布式部署导致的,因此也被称为分布
式事务问题。

2.1分布式事务设计方案

通常,分布式事务基于两阶段提交实现,它的工作原理示意图如图2-3所示。

图2-3两阶段提交原理图

阶段1:全局事务管理器向所有事务参与者发送准备请求;事务参与者向全局事务管理器回复自己是否准备就绪。

阶段2:全局事务管理器接收到所有事务参与者的回复之后做判断,如果所有事务参与者都可以提交,则向所有事务提交者发送提交申请,否则进行回滚。事务参与者根据全局事务管理器的指令进行提交或者回滚操作。

分布式事务回滚原理图如图2-4所示。

图2-4分布式事务回滚原理图

两阶段提交采用的是悲观锁策略,由于各个事务参与者需要等待响应最慢的参与者,因此性能比较差。第一个问题是协议本身的成本:整个协议过程是需要加
锁的,比如锁住数据库的某条记录,且需要持久化大量事务状态相关的操作日志。更为麻烦的是,两阶段锁在出现故障时表现出来的脆弱性,比如两阶段锁的致命缺
陷:当协调者出现故障,整个事务需要等到协调者恢复后才能继续执行,如果协调者出现类似磁盘故障等错误,该事务将被永久遗弃。

对于分布式服务框架而言,从功能特性上需要支持分布式事务。在实际业务使用过程中,如果能够通过最终一致性解决问题,则不需要做强一致性;如果能够避免分布式事务,则尽量在业务层避免使用分布式事务。

2.2分布式事务优化

既然分布式事务有诸多缺点,那么为什么我们还在使用呢?有没有更好的解决方案来改进或者替换呢?如果我们只是针对分布式事务去优化的话,发现其实能改进的空间很小,毕竟瓶颈在分布式事务模型本身。

那我们回到问题的根源:为什么我们需要分布式事务?因为我们需要各个资源数据保持一致性,但是对于分布式事务提供的强一致性,所有业务场景真的都需
要吗?大多数业务场景都能容忍短暂的不一致,不同的业务对不一致的容忍时间不同。像银行转账业务,中间有几分钟的不一致时间,用户通常都是可以理解和容忍
的。

在大多数的业务场景中,我们可以使用最终一致性替代传统的强一致性,尽量避免使用分布式事务。

在实践中常用的最终一致性方案就是使用带有事务功能的MQ做中间人角色,它的工作原理如下:在做本地事务之前,先向MQ发送一个prepare消
息,然后执行本地事务,本地事务提交成功的话,向MQ发送一个commit消息,否则发送一个rollback消息,取消之前的消息。MQ只会在收到
commit确认才会将消息投递出去,所以这样的形式可以保证在一切正常的情况下,本地事务和MQ可以达到一致性。但是分布式调用存在很多异常场景,诸如
网络超时、VM宕机等。假如系统执行了local_tx()成功之后,还没来得及将commit消息发送给MQ,或者说发送出去由于网络超时等原因,MQ
没有收到commit,发生了commit消息丢失,那么MQ就不会把prepare消息投递出去。MQ会根据策略去尝试询问(回调)发消息的系统
(checkCommit)进行检查该消息是否应该投递出去或者丢弃,得到系统的确认之后,MQ会做投递还是丢弃,这样就完全保证了MQ和发消息的系统的
一致性,从而保证了接收消息系统的一致性。

3. 研发团队协作问题

服务化之后,特别是采用微服务架构以后。研发团队会被拆分成多个服务化小组,例如AWS的Two Pizza Team,每个团队由2~3名研发负责服务的开发、测试、部署上线、运维和运营等。

随着服务数的膨胀,研发团队的增多,跨团队的协同配合将会成为一个制约研发效率提升的因素。

3.1共用服务注册中心

为了方便开发测试,经常会在线下共用一个所有服务共享的服务注册中心,这时,一个正在开发中的服务发布到服务注册中心,可能会导致一些消费者不可用。

解决方案:可以让服务提供者开发方,只订阅服务(开发的服务可能依赖其他服务),而不注册正在开发的服务,通过直连测试正在开发的服务。

它的工作原理如图3-1所示。

图3-1只订阅,不发布

3.2直连提供者

在开发和测试环境下,如果公共的服务注册中心没有搭建,消费者将无法获取服务提供者的地址列表,只能做本地单元测试或使用模拟桩测试。

还有一种场景就是在实际测试中,服务提供者往往多实例部署,如果服务提供者存在Bug,就需要做远程断点调试,这会带来两个问题:

1) 服务提供者多实例部署,远程调试地址无法确定,调试效率低下。

2) 多个消费者可能共用一套测试联调环境,断点调试过程中可能被其他消费者意外打断。

解决策略:绕过注册中心,只测试指定服务提供者,这时候可能需要点对点直连,点对点直联方式将以服务接口为单位,忽略注册中心的提供者列表。

3.3多团队进度协同

假如前端Web门户依赖后台A、B、C和D
4个服务,分别由4个不同的研发团队负责,门户要求新特性2周内上线。A和B内部需求优先级排序将门户的优先级排的比较高,可以满足交付时间点。但是C和
D服务所在团队由于同时需要开发其他优先级更高的服务,因此把优先级排的相对较低,无法满足2周交付。

在C和D提供版本之前,门户只能先通过打测试桩的方式完成Mock测试,但是由于并没有真实的测试过C和D服务,因此需求无法按期交付。

应用依赖的服务越多,特性交付效率就越低下,交付的速度取决于依赖的最迟交付的那个服务。假如Web门户依赖后台的100个服务,只要1个核心服务没有按期交付,则整个进度就会延迟。

解决方案:调用链可以将应用、服务和中间件之间的依赖关系串接并展示出来,基于调用链首入口的交付日期作为输入,利用依赖管理工具,可以自动计算出调用链上各个服务的最迟交付时间点。通过调用链分析和标准化的依赖计算工具,可以避免人为需求排序失误导致的需求延期。

3.4服务降级和Mock测试

在实际项目开发中,由于小组之间、个人开发者之间开发节奏不一致,经常会出现消费者等待依赖的服务提供者提供联调版本的情况,相互等待会降低项目的研发进度。

解决方案:服务提供者首先将接口定下来并提供给消费者,消费者可以将服务降级同Mock测试结合起来,在Mock测试代码中实现容错降级的业务逻辑(业务放通),这样既完成了Mock测试,又实现了服务降级的业务逻辑开发,一举两得。

3.5协同调试问题

在实际项目开发过程中,各研发团队进度不一致很正常。如果消费者坐等服务提供者按时提供版本,往往会造成人力资源浪费,影响项目进度。

解决方案:分布式服务框架提供Mock桩管理框架,当周边服务提供者尚未完成开发时,将路由切换到模拟测试模式,自动调用Mock桩;业务集成测试和上线时,则要能够自动切换到真实的服务提供者上,可以结合服务降级功能实现。

3.6接口前向兼容性

由于线上的Bug修复、内部重构和需求变更,服务提供者会经常修改内部实现,包括但不限于:接口参数变化、参数字段变化、业务逻辑变化和数据表结构变化。

在实际项目中经常会发生服务提供者修改了接口或者数据结构,但是并没有及时知会到所有消费者,导致服务调用失败。

解决方案:

1) 制定并严格执行《服务前向兼容性规范》,避免发生不兼容修改或者私自修改不通知周边的情况。

2) 接口兼容性技术保障:例如Thrift的IDL,支持新增、修改和删除字段,字段定义位置无关性,码流支持乱序等。

4. 总结

服务化之后,无论是服务化框架,还是业务服务,都面临诸多挑战,本章摘取了其中一些比较重要的问题,并给出解决方案和最佳实践。对于本章节没有列出的问题,则需要服务框架开发者和使用者在实践中探索,找出一条适合自己产品的服务化最佳实践。

Ⅸ 学习编程都学些什么内容

编程看你学的是哪方面的编程了,是大数据相关的,还是java相关的,还是前端相关的,python的话属于ai方面找工作的话学历很看重。

如果是java的话:

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