关于后端:quarkus依赖注入之九bean读写锁

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本篇概览

• 本篇是《quarkus 依赖注入》的第九篇，指标是在轻松的氛围中学习一个小技能：bean 锁
• quarkus 的 bean 锁自身很简略：用两个注解润饰 bean 和办法即可，但波及到多线程同步问题，欣宸违心花更多篇幅与各位 Java 程序员一起畅谈多线程，聊个痛快，本篇由以下内容组成

1. 对于多线程同步问题
2. 代码复现多线程同步问题
3. quarkus 的 bean 读写锁

对于读写锁

• java 的并发包中有读写锁 ReadWriteLock：在多线程场景中，如果某个对象处于扭转状态，能够用写锁加锁，这样所有做读操作对象的线程，在获取读锁时就会 block 住，直到写锁开释
• 为了演示 bean 锁的成果，咱们先来看一个经典的多线程同步问题，如下图，余额 100，充值 10 块，扣费 5 块，失常状况下最终余额应该是 105，但如果充值和扣费是在两个线程同时进行，而且各算各的，再别离用本人的计算结果去笼罩余额，最终会导致计算不精确

代码复现多线程同步问题

• 咱们用代码来复现上图中的问题，AccountBalanceService 是个账号服务类，其成员变量 accountBalance 示意余额，另外有三个办法，性能别离是：

1. get：返回余额，相当于查问余额服务
2. deposit：充值，入参是充值金额，办法内将余额放入长期变量，而后期待 100 毫秒模仿耗时操作，再将长期变量与入参的和写入成员变量accountBalance
3. deduct：扣费，入参是扣费金额，办法内将余额放入长期变量，而后期待 100 毫秒模仿耗时操作，再将长期变量与入参的差写入成员变量accountBalance

• AccountBalanceService.java 源码如下，deposit 和 deduct 这两个办法各算各的，丝毫没有思考过后其余线程对 accountBalance 的影响

package com.bolingcavalry.service.impl;

import io.quarkus.logging.Log;
import javax.enterprise.context.ApplicationScoped;

@ApplicationScoped
public class AccountBalanceService {

    // 账户余额，假如初始值为 100
    int accountBalance = 100;

    /**
     * 查问余额
     * @return
     */
    public int get() {
        // 模仿耗时的操作
        try {Thread.sleep(80);
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
        }
        return accountBalance;
    }

    /**
     * 模仿了一次充值操作，* 将账号余额读取到本地变量，* 通过一秒钟的计算后，将计算结果写入账号余额，* 这一秒内，如果账号余额产生了变动，就会被此办法的本地变量笼罩，* 因而，多线程的时候，如果其余线程批改了余额，那么这里就会笼罩掉，导致多线程同步问题，* AccountBalanceService 类应用了 Lock 注解后，执行此办法时，其余线程执行 AccountBalanceService 的办法时就会 block 住，防止了多线程同步问题
     * @param value
     * @throws InterruptedException
     */
    public void deposit(int value) {
        // 先将 accountBalance 的值存入 tempValue 变量
        int tempValue  = accountBalance;
        Log.infov("start deposit, balance [{0}], deposit value [{1}]", tempValue, value);

        // 模仿耗时的操作
        try {Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
        }

        tempValue += value;

        // 用 tempValue 的值笼罩 accountBalance，// 这个 tempValue 的值是基于 100 毫秒前的 accountBalance 计算出来的，// 如果这 100 毫秒期间其余线程批改了 accountBalance，就会导致 accountBalance 不精确的问题
        // 例如最后有 100 块，这里存了 10 块，所以余额变成了 110,
        // 然而这期间如果另一线程取了 5 块，那余额应该是 100-5+10=105，然而这里并没有聚拢 100-5，而是很暴力的将 110 写入到 accountBalance
        accountBalance = tempValue;

        Log.infov("end deposit, balance [{0}]", tempValue);
    }

    /**
     * 模仿了一次扣费操作，* 将账号余额读取到本地变量，* 通过一秒钟的计算后，将计算结果写入账号余额，* 这一秒内，如果账号余额产生了变动，就会被此办法的本地变量笼罩，* 因而，多线程的时候，如果其余线程批改了余额，那么这里就会笼罩掉，导致多线程同步问题，* AccountBalanceService 类应用了 Lock 注解后，执行此办法时，其余线程执行 AccountBalanceService 的办法时就会 block 住，防止了多线程同步问题
     * @param value
     * @throws InterruptedException
     */
    public void deduct(int value) {
        // 先将 accountBalance 的值存入 tempValue 变量
        int tempValue  = accountBalance;
        Log.infov("start deduct, balance [{0}], deposit value [{1}]", tempValue, value);

        // 模仿耗时的操作
        try {Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
        }

        tempValue -= value;

        // 用 tempValue 的值笼罩 accountBalance，// 这个 tempValue 的值是基于 100 毫秒前的 accountBalance 计算出来的，// 如果这 100 毫秒期间其余线程批改了 accountBalance，就会导致 accountBalance 不精确的问题
        // 例如最后有 100 块，这里存了 10 块，所以余额变成了 110,
        // 然而这期间如果另一线程取了 5 块，那余额应该是 100-5+10=105，然而这里并没有聚拢 100-5，而是很暴力的将 110 写入到 accountBalance
        accountBalance = tempValue;

        Log.infov("end deduct, balance [{0}]", tempValue);
    }
}

• 接下来是单元测试类 LockTest.java，有几处须要留神的中央稍后会阐明

package com.bolingcavalry;

import com.bolingcavalry.service.impl.AccountBalanceService;
import io.quarkus.logging.Log;
import io.quarkus.test.junit.QuarkusTest;
import org.junit.jupiter.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import javax.inject.Inject;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

@QuarkusTest
public class LockTest {

    @Inject
    AccountBalanceService account;

    @Test
    public void test() throws InterruptedException {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        int initValue = account.get();

        final int COUNT = 10;

        // 这是个只负责读取的线程，循环读 10 次，每读一次就期待 50 毫秒
        new Thread(() -> {for (int i=0;i<COUNT;i++) {
                // 读取账号余额
                Log.infov("current balance {0}", account.get());
            }

            latch.countDown();}).start();

        // 这是个充值的线程，循环充 10 次，每次存 2 元
        new Thread(() -> {for (int i=0;i<COUNT;i++) {account.deposit(2);
            }
            latch.countDown();}).start();

        // 这是个扣费的线程，循环扣 10 次，每取 1 元
        new Thread(() -> {for (int i=0;i<COUNT;i++) {account.deduct(1);
            }
            latch.countDown();}).start();

        latch.await();

        int finalValue = account.get();
        Log.infov("finally, current balance {0}", finalValue);
        Assertions.assertEquals(initValue + COUNT, finalValue);
    }
}

• 上述代码中，有以下几点须要留神

1. 在主线程中新增了三个子线程，别离执行查问、充值、扣费的操作，可见 deposit 和 deduct 办法是并行执行的
2. 初始余额 100，充值一共 20 元，扣费一共 10 元，因而最终正确后果应该是 110 元
3. 为了确保三个子线程全副执行结束后主线程才退出，这里用了 CountDownLatch，在执行 latch.await() 的时候主线程就开始期待了，等到三个子线程把各自的 latch.await() 都执行后，主线程才会继续执行
4. 最终会查看余额是否等于 110，如果不是则单元测试不通过

• 执行单元测试，后果如下图，果然失败了

• 来分析测试过程中的日志，有助于咱们了解问题的起因，如下图，充值和扣费同时开始，充值先实现，此时余额是 102，然而扣费忽视 102，仍旧应用 100 作为余额去扣费，而后将扣费后果 99 写入余额，导致余额与正确的逻辑产生差距

• 重复运行上述单元测试，能够发现每次失去的后果都不一样，这算是典型的多线程同步问题了吧 …
• 看到这里，经验丰富的您应该想到了多种解决形式，例如上面这五种都能够：

1. 用传统的 synchronized 关键字润饰三个办法
2. java 包的读写锁
3. deposit 和 deduct 办法外部，不要应用长期变量 tempValue，将余额的类型从 int 改成 AtomicInteger，再应用 addAndGet 办法计算并设置
4. 用 MySQL 的乐观锁
5. 用 Redis 的分布式锁

• 没错，上述办法都能解决问题，当初除了这些，quarku 还从 bean 的维度为咱们提供了一种新的办法：bean 读写锁，接下来细看这个 bean 读写锁

Container-managed Concurrency：quarkus 基于 bean 的读写锁计划

• quarkus 为 bean 提供了读写锁计划：Lock注解，借助它，能够为 bean 的所有办法增加同一把写锁，再手动将读锁增加到指定的读办法，这样在多线程操作的场景下，也能保证数据的正确性
• 来看看 Lock 注解源码，很简略的几个属性，要重点留神的是：默认属性为 Type.WRITE，也就是写锁，被 Lock 润饰后，锁类型有三种抉择：读锁，写锁，无锁

@InterceptorBinding
@Inherited
@Target(value = { TYPE, METHOD})
@Retention(value = RUNTIME)
public @interface Lock {

    /**
     * 
     * @return the type of the lock
     */
    @Nonbinding
    Type value() default Type.WRITE;

    /**
     * If it's not possible to acquire the lock in the given time a {@link LockException} is thrown.
     * 
     * @see java.util.concurrent.locks.Lock#tryLock(long, TimeUnit)
     * @return the wait time
     */
    @Nonbinding
    long time() default -1l;

    /**
     * 
     * @return the wait time unit
     */
    @Nonbinding
    TimeUnit unit() default TimeUnit.MILLISECONDS;

    public enum Type {
        /**
         * Acquires the read lock before the business method is invoked.
         */
        READ,
        /**
         * Acquires the write (exclusive) lock before the business method is invoked.
         */
        WRITE,
        /**
         * Acquires no lock.
         * <p>
         * This could be useful if you need to override the behavior defined by a class-level interceptor binding.
         */
        NONE
    }

}

• 接下来看看如何用 bean 锁解 AccountBalanceService 的多线程同步问题
• 为 bean 设置读写锁很简略，如下图红框 1，给类增加 Lock 注解后，AccountBalanceService 的每个办法都默认增加了写锁，如果想批改某个办法的锁类型，能够像红框 2 那样指定，Lock.Type.READ示意将 get 办法改为读锁，如果不想给办法上任何锁，就应用Lock.Type.NONE

• 这里预测一下批改后的成果

1. 在 deposit 和 deduct 都没有被调用时，get 办法能够被调用，而且能够多线程同时调用，因为每个线程都能顺利拿到读锁
2. 一旦 deposit 或者 deduct 被调用，其余线程在调用 deposit、deduct、get 办法时都被阻塞了，因为此刻不管读锁还是写锁都拿不到，必须等 deposit 执行结束，它们才从新去抢锁
3. 有了上述逻辑，再也不会呈现 deposit 和 deduct 同时批改余额的状况了，预测单元测试应该能通过
4. 这种读写锁的办法尽管能够确保逻辑正确，然而代价不小（一个线程执行，其余线程期待），所以在并发性能要求较高的场景下要慎用，能够思考乐观锁、AtomicInteger 这些形式来升高期待代价

• 再次运行单元测试，如下图，测试通过

• 再来看看测试过程中的日志，如下图，之前的几个办法同时执行的状况曾经隐没了，每个办法在执行的时候，其余线程都在期待

• 至此，bean 锁知识点学习结束，心愿本篇能给您一些参考，为您的并发编程中增加新的计划

源码下载

• 本篇实战的残缺源码可在 GitHub 下载到，地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blog_demos)

• 这个 git 我的项目中有多个文件夹，本次实战的源码在 quarkus-tutorials 文件夹下，如下图红框

• quarkus-tutorials是个父工程，外面有多个 module，本篇实战的 module 是basic-di，如下图红框

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