Netty中ByteBuf的引用计数线程安全的实现原理
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ByteBuf 实现了ReferenceCounted 接口,实现了引用计数接口,该接口的retain(int) 方法为了保证线程安全使用了自旋锁来确保操作安全,那么选择了比较重要的实现类AbstractReferenceCountedByteBuf
来查看这一特性.
在JDK 1.5 之后,JDK的并发包提供了Atomic* 的相关类,来帮助开发者更好的完成并发操作,这里我们学习使用CAS来实现线程安全,CAS就是ComposeAndSet,中文含义,比较And更新,我们来看一个例子,具体的说明在注释中!
static class Increment {
// volatile 保证了线程可见性,但是没有保证按成安全性
private volatile int i;
// 声明CAS的抽象类
private static AtomicIntegerFieldUpdater<Increment> updater;
static {
// 通过静态方法创建CAS的具体实例
// 第一个参数表示维护的Integer所在的类的class
// 第二个参数表示维护的Integer变量的名称
updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Increment.class, "i");
}
/**
* 构造初始化函数
*
* @param i
*/
public Increment(int i) {
this.i = i;
}
/** 自增一个 */
public void increment() {
increment(1);
}
/**
* 重载自增方法
*
* <p>该方法具体实现了CAS的代码逻辑,重在均在下面的for循环中
*
* @param increment
*/
public void increment(int increment) {
// 创建一个死循环,compareAndSet检查不通过的时候,重新获取新的值尝试更新
for (; ; ) {
// 保存当前线程更新的值的状态
int oldI = this.i;
final int newValue = oldI + increment;
// 校验值是否更新完成
if (newValue <= increment) {
throw new IllegalArgumentException("非法的参数异常");
}
// 如果CAS更新完成,则退出循环,否则打印重试日志
if (updater.compareAndSet(this, oldI, newValue)) {
break;
}
System.out.println("发生多线程并发,CAS正常重新尝试");
}
}
}
实现了自增的CAS代码之后,我们创建一个MyRunnable 继承Runnable 在run() 方法中实现Increment 实例的自增,具体代码如下:
static class MyRunnable implements Runnable {
private Increment increment;
public MyRunnable(Increment increment) {
this.increment = increment;
}
@Override
public void run() {
increment.increment();
}
}
在main() 方法中我们创建一个Increment 示例对象,构造参数传1,然后创建50个线程,同时启动,观察最终的结果, 多次运行观察是否能实现线程安全.
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Increment increment = new Increment(1);
for (int i = 0; i < 50; i++) {
new Thread(new MyRunnable(increment)).start();
}
// 延时4s, 等待所有线程执完成后,输出i
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
System.out.println(increment.i);
}
最后输出结果为51,可见CAS 能够实现多线程安全的问题,相对于RelockCount和重量级的synchronized 各有各的适合场景,下面回到Netty的自旋锁的问题上来,可以看到下面的代码和上面的示例是类似的,Netty依靠这个方法来完成ByteBuf的引用计数,确保多线程操作ByteBuf的时候引用计数不会出现多线程的问题,
下面的代码是引用了Netty5 的 io.netty.buffer.AbstractReferenceCountedByteBuf 类的部分代码,有兴趣的朋友可以下载该框架的源码,找到该文件看一下。
private static final AtomicIntegerFieldUpdater<AbstractReferenceCountedByteBuf> refCntUpdater;
static {
AtomicIntegerFieldUpdater<AbstractReferenceCountedByteBuf> updater =
PlatformDependent.newAtomicIntegerFieldUpdater(AbstractReferenceCountedByteBuf.class, "refCnt");
if (updater == null) {
updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AbstractReferenceCountedByteBuf.class, "refCnt");
}
refCntUpdater = updater;
}
@Override
public ByteBuf retain(int increment) {
if (increment <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("increment: " + increment + " (expected: > 0)");
}
for (;;) {
int refCnt = this.refCnt;
if (refCnt == 0) {
throw new IllegalReferenceCountException(0, increment);
}
if (refCnt > Integer.MAX_VALUE - increment) {
throw new IllegalReferenceCountException(refCnt, increment);
}
if (refCntUpdater.compareAndSet(this, refCnt, refCnt + increment)) {
break;
}
}
return this;
}
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