Amino框架是一个采用无锁方式实现并行计算的框架,可惜的是,网上关于Amino框架的介绍甚少。根据所掌握的资料,稍微总结一下:

1. 锁机制到无锁机制

锁机制可以确保程序和数据的线程安全,但是锁是一种阻塞式的同步方式,无论是ReentrantLock、synchronized,还是Semaphore,都受到核心资源的限制。为避免这个问题,便提出了无锁的同步机制。
 

2. 基于Compare-and-swap(CAS) 算法的无锁并发控制方法

CAS算法过程是:它包含三个参数CAS(V,E,N),V表示内存位置目前的值,E表示期望的原值,N表示新值。当处理器要更新一个内存位置的值的时候,它首先将V与E进行对比(要知道在多处理的时候,你要更新的内存位置上的值V有可能被其他处理更新过,而你全然不知),如果V与E相同,那么就将V设为N,将N写入内存;否则,就什么也不做,不写入新的值(现在最新的做法是定义内存值的版本号,根据版本号的改变来判断内存值是否被修改)。CAS 的价值所在就在于它是在硬件级别实现的,速度那是相当的快。
这种无锁并发控制方法像极了乐观锁。
 
在JDK的java.util.concurrent.atomic包下,有一组使用无锁方式实现的原子操作,包括AtomicInteger、AtomicIntegerArray、AtomicLong、AtomicLongArray等。以AtomicInteger为例,其中的getAndSet()方法是这样实现CAS的:
 
  1. public final int getAndSet(int newValue){
  2. for(;;){
  3. int current=get();
  4. if(compareAndSet(current,newValue))
  5. return current;
  6. }
  7. }
 

3. 引出Amino框架

该组件将提供一套免锁的集合类(LockFreeVector、LockFreeList、LockFreeSet等)、树结构、图结构。因为这些数据结构采用免锁的运算法则来生成,所以,它们将拥有基本的免锁组件的特性,如可以避免不同类型的死锁,不同类型的线程初始化顺序等。 
 
Amino 还提供了一些非常有用的并行计算模式,包括 Master-Worker、Map-reduce、Divide and conquer, Pipeline 等。 
 
Amino并没有加入到官方jdk中,因此需要自行下载、导入。
下载地址:http://sourceforge.net/projects/amino-cbbs/files/
 

4. 性能测试

下面,在64位4G内存的Windows7测试下Vector与LockFreeVector、CopyOnWriteArrayList与LockFreeList在增加、删除操作的区别。从结果可以看出,后者性能大大提升。
 
测试代码:
  1. public class CopyList {
  2. public static void test1(AccessListTread t, String name){
  3. CounterPoolExecutor exe0=new CounterPoolExecutor(2000,2000,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
  4. exe0.TASK_COUNT=8000;
  5. exe0.funcname=name;
  6. exe0.startTime=System.currentTimeMillis();
  7. for(int i=0;i<exe0.TASK_COUNT;i++)
  8. exe0.submit(t);//测试数据:8000
  9. exe0.shutdown();
  10. }
  11. public static void main(String[] args) {
  12. AccessListTread t=new AccessListTread();
  13. t.initCopyOnWriteArrayList();
  14. test1(t,"testCopyOnWriteArrayList");
  15. t.initVector();
  16. test1(t,"testVector");
  17. t.initLockFreeList();
  18. test1(t,"testLockFreeList");
  19. t.initLockFreeVector();
  20. test1(t,"testLockFreeVector");
  21. }
  22. }
  23. class CounterPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor{
  24. public AtomicInteger count=new AtomicInteger(0);//统计次数
  25. public long startTime=0;
  26. public String funcname="";
  27. public int TASK_COUNT=0;
  28. public CounterPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
  29. long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
  30. super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
  31. }
  32. @Override
  33. protected void afterExecute(Runnable r,Throwable t){
  34. int l=count.addAndGet(1);
  35. if(l==TASK_COUNT){
  36. System.out.println(funcname+"spend time:"+(System.currentTimeMillis()-startTime));
  37. }
  38. }
  39. }
  40. class AccessListTread implements Runnable{
  41. Random rand=new Random();
  42. List list;
  43. public AccessListTread() {
  44. }
  45. @Override
  46. public void run() {
  47. try {
  48. for(int i=0;i<1000;i++)
  49. //              getList(rand.nextInt(1000));
  50. handleList(rand.nextInt(1000));
  51. Thread.sleep(rand.nextInt(100));
  52. } catch (InterruptedException e) {
  53. e.printStackTrace();
  54. }
  55. }
  56. private Object getList(int nextInt) {
  57. return list.get(nextInt);
  58. }
  59. private Object handleList(int index) {
  60. list.add(index);
  61. list.remove(index%list.size());
  62. return null;
  63. }
  64. //test
  65. public void initCopyOnWriteArrayList(){
  66. list=new CopyOnWriteArrayList();
  67. for(int i=0;i<1000;i++)
  68. list.add(i);
  69. }
  70. public void initVector(){
  71. list=new Vector();
  72. for(int i=0;i<1000;i++)
  73. list.add(i);
  74. }
  75. public void initLockFreeList(){
  76. list=new LockFreeList();
  77. for(int i=0;i<1000;i++)
  78. list.add(i);
  79. }
  80. public void initLockFreeVector(){
  81. list=new LockFreeVector();
  82. for(int i=0;i<1000;i++)
  83. list.add(i);
  84. }
  85. }

测试结果:

  1. testVectorspend time:366
  2. testCopyOnWriteArrayListspend time:717
  3. testLockFreeListspend time:541
  4. testLockFreeVectorspend time:244

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