背景

最近在很多JDK源码中都看到了Treiber stack这个单词。

  • 比如CompletableFuture中的:
volatile Completion stack;    // Top of Treiber stack of dependent actions
  • 比如FutureTask中的:
/** Treiber stack of waiting threads */
private volatile WaitNode waiters;
  • 比如Phaser中的:
/**
* Wait nodes for Treiber stack representing wait queue
*/
static final class QNode implements ForkJoinPool.ManagedBlocker {
final Phaser phaser;
final int phase;
final boolean interruptible;
final boolean timed;
boolean wasInterrupted;
long nanos;
final long deadline;
volatile Thread thread; // nulled to cancel wait
QNode next;
  • 还比如ForkJoinPool中的描述:
 * Bits and masks for field ctl, packed with 4 16 bit subfields:
* AC: Number of active running workers minus target parallelism
* TC: Number of total workers minus target parallelism
* SS: version count and status of top waiting thread
* ID: poolIndex of top of Treiber stack of waiters

感觉这种名词出现的频率有点高,需要深入了解一下。

名称由来

Treiber Stack在 R. Kent Treiber在1986年的论文Systems Programming: Coping with Parallelism中首次出现。它是一种无锁并发栈,其无锁的特性是基于CAS原子操作实现的。

CompletableFuture源码实现

CompletableFuture的Treiber stack实现感觉有点复杂,因为有其他逻辑掺杂,代码不容易阅读,其实抽象来看,Treiber stack首先是个单向链表,链表头部即栈顶元素,在入栈和出现过程中,需要对栈顶元素进行CAS控制,防止多线程情况下数据错乱。

// Either the result or boxed AltResult
volatile Object result;
// Top of Treiber stack of dependent actions(Treiber stack栈顶元素)
volatile Completion stack; /** Returns true if successfully pushed c onto stack. */
final boolean tryPushStack(Completion c) {
Completion h = stack;
lazySetNext(c, h);
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, STACK, h, c);
} /** Unconditionally pushes c onto stack, retrying if necessary. */
final void pushStack(Completion c) {
do {} while (!tryPushStack(c));
}

简单来看,入栈的步骤如下:

  • 尝试入栈,利用CAS将新的节点作为栈顶元素,新节点next赋值为旧栈顶元素
  • 尝试入栈成功,即结束;入栈失败,继续重试上面的操作

FutureTask实现

FutureTask用了Treiber Stack来维护等待任务完成的线程,在FutureTask的任务完成/取消/异常后在finishCompletion钩子方法中会唤醒栈中等待的线程。

Treiber Stack抽象实现

入栈

void push(Node new) {
do {
} while(!tryPush(new)) // 尝试入栈
} boolean tryPush(node) {
Node oldHead = head;
node.next = oldHead; // 新节点next赋值为旧栈顶元素
return CAS(oldHead, node); // 利用CAS将新的节点作为栈顶元素
}

出栈

对于出栈,要做的工作就是将原来的栈顶节点移除,等待垃圾回收;新栈顶元素CAS为第一个子元素。伪代码:

E pop() {
Node<E> oldHead;
Node<E> newHead;
do {
oldHead = top.get();
// 判断栈是否为空,为空直接返回
if (oldHead == null)
return null;
newHead = oldHead.next;
} while (!CAS(oldHead, newHead));
// 旧的节点删掉next引用,等待gc
oldHead.item = null;
return oldHead.item;
}

示例

import sun.misc.Unsafe;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.Objects;
import java.util.Optional;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors; /**
* 基于Unsafe实现TreiberStack
* @author Charles
*/
public class TreiberStack<E> {
private volatile Node<E> head; public void push(E item) {
Objects.requireNonNull(item);
Node<E> newHead = new Node<>(item);
Node<E> oldHead;
int count = 0;
do {
oldHead = head;
count++;
} while (!tryPush(oldHead, newHead, count));
newHead.next = oldHead;
} private boolean tryPush(Node<E> oldHead, Node<E> newHead, int count) {
boolean isSuccess = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, HEAD, oldHead, newHead);
System.out.println(currentThreadName() + " try push [" + count + "]," +
" oldHead = " + getValue(oldHead) +
" newHead = " + getValue(newHead) +
" isSuccess = " + isSuccess);
return isSuccess;
} public E pop() {
Node<E> oldHead;
Node<E> newHead;
do {
oldHead = head;
System.out.println(currentThreadName() + " do pop:" +
" oldHead = " + getValue(oldHead) +
" newHead = " + Optional.ofNullable(head).map(s -> s.next.item).orElse(null));
if (oldHead == null) {
return null;
}
newHead = oldHead.next;
} while (!tryPop(oldHead, newHead));
oldHead.next = null;
return oldHead.item;
} private boolean tryPop(Node<E> oldHead, Node<E> newHead) {
boolean isSuccess = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, HEAD, oldHead, newHead);
System.out.println(currentThreadName() + " try pop:" +
" oldHead = " + getValue(oldHead) +
" currentHead = " + getValue(head) +
" newHead = " + getValue(newHead) +
" isSuccess: " + isSuccess);
return isSuccess;
} private E getValue(Node<E> n) {
return Optional.ofNullable(n).map(t -> t.item).orElse(null);
} private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next; Node(E item) {
this.item = item;
}
} // Unsafe mechanics
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
private static final long HEAD;
private static final long NEXT; static {
try {
Field getUnsafe = sun.misc.Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
getUnsafe.setAccessible(true);
UNSAFE = (Unsafe) getUnsafe.get(null); Class<?> k = TreiberStack.class;
HEAD = UNSAFE.objectFieldOffset(k.getDeclaredField("head"));
NEXT = UNSAFE.objectFieldOffset(TreiberStack.Node.class.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception x) {
throw new Error(x);
}
} private static class RandomValue {
private final Integer value; public RandomValue() {
this.value = new Random().nextInt(Integer.MAX_VALUE);
} public Integer getValue() {
return value;
} @Override
public String toString() {
return value.toString();
}
} private static String currentThreadName() {
return System.nanoTime() + " / " + Thread.currentThread().getName();
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
TreiberStack<RandomValue> ts = new TreiberStack<>();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
Thread.sleep(2000);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
es.submit(() -> ts.push(new RandomValue()));
}
for (int i = 0; i < 50; i++) {
es.submit((Runnable) ts::pop);
}
}
}

参考

Wiki Treiber Stack

Treiber Stack介绍

Treiber stack设计

理解与使用Treiber Stack的更多相关文章

  1. Treiber Stack介绍

    简介 Treiber Stack在 R. Kent Treiber在1986年的论文Systems Programming: Coping with Parallelism中首次出现.它是一种无锁并发 ...

  2. 理解Django 中Call Stack 机制的小Demo

    1.工作流程 request/response模式下,request并不是直接到达view方法,view方法也不是将返回的response直接发送给浏览器的,而是request由外到里的层层通过各种m ...

  3. 彻底理解JDK异步

    学而时习之,不亦说乎!                              --<论语> 首发,转载请附原文链接,谢谢. 原文使用MD格式编写,复制进来代码缩成一团了,读者见谅,需要 ...

  4. 【python】Numpy中stack(),hstack(),vstack()函数详解

    转自 https://blog.csdn.net/csdn15698845876/article/details/73380803 这三个函数有些相似性,都是堆叠数组,里面最难理解的应该就是stack ...

  5. 从CompletableFuture到异步编程设计

    从CompletableFuture到异步编程设计,笔者就分为2部分来分享CompletableFuture异步编程设计,前半部分总结下CompletableFuture使用实践,后半部分分享下Com ...

  6. JDK线程池的使用

    转载自:https://my.oschina.net/hosee/blog/614319: 摘要: 本系列基于炼数成金课程,为了更好的学习,做了系列的记录. 本文主要介绍: 1. 线程池的基本使用 2 ...

  7. Future接口和Callable接口以及FeatureTask详解

    类继承关系 Callable接口 @FunctionalInterface public interface Callable<V> { V call() throws Exception ...

  8. 并发编程(四)TaskFuture

    并发编程(四)TaskFuture ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(); Future<O ...

  9. Java并发编程--ThreadPoolExecutor

    概述 为什么要使用线程池? 合理利用线程池能够带来三个好处.第一:降低资源消耗.通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗.第二:提高响应速度.当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立 ...

随机推荐

  1. A. Peter and Snow Blower 解析(思維、幾何)

    Codeforce 613 A. Peter and Snow Blower 解析(思維.幾何) 今天我們來看看CF613A 題目連結 題目 給你一個點\(P\)和\(n\)個點形成的多邊形(照順或逆 ...

  2. STM32入门系列-使用库函数点亮LED,LED初始化函数

    要点亮LED,需要完成LED的驱动, 在工程模板上新建一个led.c和led.h文件,将其存放在led文件夹内.这两个文件需要我们自己编写. 通常xxx.c文件用于存放编写的驱动程序,xxx.h文件用 ...

  3. 测试可变字符序列stringBuilder

    测试可变字符序列 stringBuilder(线程不安全,效率高,一般用),stringBuffer(线程安全,效率低)stringBuilder,stringBuffer和string的区别前者可变 ...

  4. 基于PHP实现短信验证码接口的方法

    步骤: 1.登录荣联运通讯注册获取ACCOUNT SID.AUTH TOKEN.Rest URL(生产).AppID(默认): 2.注册测试用手机号码(先注册测试号码方可使用): 3.下载demo示例 ...

  5. Liquibase+SpringBoot的简单使用笔记!update+rollback

    该笔记记录了springboot整合liquibase之后,如何根据liquibase ChangeLogFile对数据库进行修改以及回滚操作 参考: baeldung.com JHipster 1. ...

  6. uniApp 列表

    普通列表 例图: 代码片段: <template> <view class="teacher"> <view class="teacher- ...

  7. 《Google软件测试之道》 第一章google软件测试介绍

    前段时间比较迷茫,没有明确的学习方向和内容.不过有一点应该是可以肯定的:迷茫的时候就把空闲的时间用来看书吧! 这本书,目前只是比较粗略的看了一遍,感触很大.以下是个人所作的笔记,与原文会有出入的地方. ...

  8. 【Luogu】P1436 棋盘分割 题解

    嗯,点开题目,哇!是一道闪亮亮的蓝题! 不要被吓到了,其实,这道题就是一个简单的DP啦! 我们设 \(f[x1][y1][x2][y2][c]\) 为以 \((x1,y1)\) 为左上角,以 \((x ...

  9. linux-挂载NFS网络文件系统教程

    目录 前言 链接 参考 笔录草稿 NFS环境搭建 前言 本文实现需要联网 链接 野火NFS介绍 NFS详细介绍 NFS简要介绍 参考 上面链接 笔录草稿 NFS环境搭建 一些目标配置 服务主机共享目录 ...

  10. SAP S/4HANA 2020安装实录

    欢迎关注微信公众号:sap_gui (ERP咨询顾问之家) 今天开始试着安装SAP S/4HANA 2020版本,也是目前SAP ERP最高的版本,总安装文件大小大概50GB,数据库版本必须是HANA ...