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使用JAVA實現高並發無鎖數據庫操作步驟分享

編輯:JAVA編程入門知識

1. 並發中如何無鎖。
一個很簡單的思路,把並發轉化成為單線程。Java的Disruptor就是一個很好的例子。如果用java的concurrentCollection類去做,原理就是啟動一個線程,跑一個Queue,並發的時候,任務壓入Queue,線程輪訓讀取這個Queue,然後一個個順序執行。
在這個設計模式下,任何並發都會變成了單線程操作,而且速度非常快。現在的node.js, 或者比較普通的ARPG服務端都是這個設計,“大循環”架構。
這樣,我們原來的系統就有了2個環境:並發環境 + ”大循環“環境
並發環境就是我們傳統的有鎖環境,性能低下。
"大循環"環境是我們使用Disruptor開辟出來的單線程無鎖環境,性能強大。

2. ”大循環“環境 中如何提升處理性能。
一旦並發轉成單線程,那麼其中一個線程一旦出現性能問題,必然整個處理都會放慢。所以在單線程中的任何操作絕對不能涉及到IO處理。那數據庫操作怎麼辦?
增加緩存。這個思路很簡單,直接從內存讀取,必然會快。至於寫、更新操作,采用類似的思路,把操作提交給一個Queue,然後單獨跑一個Thread去一個個獲取插庫。這樣保證了“大循環”中不涉及到IO操作。

問題再次出現:
如果我們的游戲只有個大循環還容易解決,因為裡面提供了完美的同步無鎖。
但是實際上的游戲環境是並發和“大循環”並存的,即上文的2種環境。那麼無論我們怎麼設計,必然會發現在緩存這塊上要出現鎖。

3. 並發與“大循環”如何共處,消除鎖?
我們知道如果在“大循環”中要避免鎖操作,那麼就用“異步”,把操作交給線程處理。結合這2個特點,我稍微改下數據庫架構。
原本的緩存層,必然會存在著鎖,例如:

代碼如下:

public TableCache
{
  private HashMap<String, Object> caches = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
}

這個結構是必然的了,保證了在並發的環境下能夠准確的操作緩存。但是”大循環“卻不能直接操作這個緩存進行修改,所以必須啟動一個線程去更新緩存,例如:

代碼如下:

private static final ExecutorService EXECUTOR = Executors.newSingleThreadExecutor();
EXECUTOR.execute(new LatencyProcessor(logs));

class LatencyProcessor implements Runnable
{
  public void run()
  { 
    // 這裡可以任意的去修改內存數據。采用了異步。
  }
}

OK,看起來很漂亮。但是又有個問題出現了。在高速存取的過程中,非常有可能緩存還沒有被更新,就被其他請求再次獲取,得到了舊的數據。

4. 如何保證並發環境下緩存數據的唯一正確?
我們知道,如果只有讀操作,沒有寫操作,那麼這個行為是不需要加鎖的。
我使用這個技巧,在緩存的上層,再加一層緩存,成為”一級緩存“,原來的就自然成為”二級緩存“。有點像CPU了對不?
一級緩存只能被”大循環“修改,但是可以被並發、”大循環“同時獲取,所以是不需要鎖的。
當發生數據庫變動,分2種情況:
1)並發環境下的數據庫變動,我們是允許有鎖的存在,所以直接操作二級緩存,沒有問題。
2)”大循環“環境下數據庫變動,首先我們把變動數據存儲在一級緩存,然後交給異步修正二級緩存,修正後刪除一級緩存。
這樣,無論在哪個環境下讀取數據,首先判斷一級緩存,沒有再判斷二級緩存。
這個架構就保證了內存數據的絕對准確。
而且重要的是:我們有了一個高效的無鎖空間,去實現我們任意的業務邏輯。

最後,還有一些小技巧提升性能。
1. 既然我們的數據庫操作已經被異步處理,那麼某個時間,需要插庫的數據可能很多,通過對表、主鍵、操作類型的排序,我們可以刪除一些無效操作。例如:
a)同一個表同一個主鍵的多次UPdate,取最後一次。
b)同一個表同一個主鍵,只要出現Delete,前面所有操作無效。
2. 既然我們要對操作排序,必然會存在一個根據時間排序,如何保證無鎖呢?使用
private final static AtomicLong _seq = new AtomicLong(0);
即可保證無鎖又全局唯一自增,作為時間序列。

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