時(shí)間戳鎖

一直以來，多線程代碼是服務(wù)器開發(fā)人員的毒藥（問問Oracle的Java語言架構(gòu)師和并行開發(fā)大師Brian Goetz）。Java的核心庫不斷加入各種復(fù)雜的用法來減少訪問共享資源時(shí)的線程等待時(shí)間。其中之一就是經(jīng)典的讀寫鎖（ReadWriteLock）， 它讓你把代碼分成兩部分：需要互斥的寫操作和不需要互斥的讀操作。

表面上看起來很不錯(cuò)。問題是讀寫鎖有可能是極慢的（最多10倍），這已經(jīng)和它的初衷相悖了。Java 8引入了一種新的讀寫鎖——叫做時(shí)間戳鎖。好消息是這個(gè)家伙真的非常快。壞消息是它使用起來更復(fù)雜，有更多的狀態(tài)需要處理。并且它是不可重入的，這意味著 一個(gè)線程有可能跟自己死鎖。

時(shí)間戳鎖有一種“樂觀”模式，在這種模式下每次加鎖操作都會返回一個(gè)時(shí)間戳作為某種權(quán)限憑證；每次解鎖操作都需要提供它對應(yīng)的時(shí)間戳。如果一個(gè)線程 在請求一個(gè)寫操作鎖的時(shí)候，這個(gè)鎖碰巧已經(jīng)被一個(gè)讀操作持有，那么這個(gè)讀操作的解鎖將會失效（因?yàn)闀r(shí)間戳已經(jīng)失效）。這個(gè)時(shí)候應(yīng)用程序需要從頭再來，也許 要使用悲觀模式的鎖（時(shí)間戳鎖也有實(shí)現(xiàn)）。你需要自己搞定這一切，并且一個(gè)時(shí)間戳只能解鎖它對應(yīng)的鎖——這一點(diǎn)必須非常小心。

下面我們來看一下這種鎖的實(shí)例——

long stamp = lock.tryOptimisticRead(); // 非阻塞路徑——超級快
work(); // 我們希望不要有寫操作在這時(shí)發(fā)生
if (lock.validate(stamp)){
       //成功！沒有寫操作干擾 
}
else {
       //肯定同時(shí)有另外一個(gè)線程獲得了寫操作鎖，改變了時(shí)間戳
       //懶漢說——我們切換到開銷更大的鎖吧
	
            stamp = lock.readLock(); //這是傳統(tǒng)的讀操作鎖，會阻塞
       try {
                 //現(xiàn)在不可能有寫操作發(fā)生了
                 work();

       }
       finally {
            lock.unlock(stamp); // 使用對應(yīng)的時(shí)間戳解鎖
       }
}

并發(fā)加法器

Java 8另一個(gè)出色的功能是并發(fā)“加法器”，它對大規(guī)模運(yùn)行的代碼尤其有意義。一種最基本的并發(fā)模式就是對一個(gè)計(jì)數(shù)器的讀寫。就其本身而言，現(xiàn)今處理這個(gè)問題有很多方法，但是沒有一種能比Java 8提供的方法高效或優(yōu)雅。

到目前為止，這個(gè)問題是用原子類（Atomics）來解決的，它直接利用了CPU的“比較并交換”指令（CAS）來測試并設(shè)置計(jì)數(shù)器的值。問題在于 當(dāng)一條CAS指令因?yàn)楦偁幎〉臅r(shí)候，AtomicInteger類會死等，在無限循環(huán)中不斷嘗試CAS指令，直到成功為止。在發(fā)生競爭概率很高的環(huán)境 中，這種實(shí)現(xiàn)被證明是非常慢的。

來看Java 8的LongAdder。這一系列類為大量并行讀寫數(shù)值的代碼提供了方便的解決辦法。使用超級簡單。只要初始化一個(gè)LongAdder對象并使用它的add()和intValue()方法來累加和采樣計(jì)數(shù)器。

這和舊的Atomic類的區(qū)別在于，當(dāng)CAS指令因?yàn)楦偁幎r(shí)，Adder不會一直占著CPU，而是為當(dāng)前線程分配一個(gè)內(nèi)部cell對象來存儲 計(jì)數(shù)器的增量。然后這個(gè)值和其他待處理的cell對象一起被加到intValue()的結(jié)果上。這減少了反復(fù)使用CAS指令或阻塞其他線程的可能性。

如果你問你自己，什么時(shí)候應(yīng)該用并發(fā)加法器而不是原子類來管理計(jì)數(shù)器？簡單的答案就是——一直這么做。

并行排序

正像并發(fā)加法器能加速計(jì)數(shù)一樣，Java 8還實(shí)現(xiàn)了一種簡潔的方法來加速排序。這個(gè)秘訣很簡單。你不再這么做：

Array.sort(myArray);

而是這么做：

Arrays.parallelSort(myArray);

這會自動把目標(biāo)數(shù)組分割成幾個(gè)部分，這些部分會被放到獨(dú)立的CPU核上去運(yùn)行，再把結(jié)果合并起來。這里唯一需要注意的是，在一個(gè)大量使用多線程的環(huán)境中，比如一個(gè)繁忙的Web容器，這種方法的好處就會減弱（降低90%以上），因?yàn)樵絹碓蕉嗟腃PU上下文切換增加了開銷。

切換到新的日期接口

Java 8引入了全新的date-time接口。當(dāng)前接口的大多數(shù)方法都已被標(biāo)記為deprecated，你就知道是時(shí)候推出新接口了。新的日期接口為Java核 心庫帶來了易用性和準(zhǔn)確性，而以前只能用Joda time才能達(dá)到這樣的效果（譯者注：Joda time是一個(gè)第三方的日期庫，比Java自帶的庫更友好更易于管理）。

跟任何新接口一樣，好消息是接口變得更優(yōu)雅更強(qiáng)大。但不幸的是還有大量的代碼在使用舊接口，這個(gè)短時(shí)間內(nèi)不會有改變。

為了銜接新舊接口，歷史悠久的Date類新增了toInstant()方法，用于把Date轉(zhuǎn)換成新的表示形式。當(dāng)你既要享受新接口帶來的好處，又要兼顧那些只接受舊的日期表示形式的接口時(shí)，這個(gè)方法會顯得尤其高效。

控制操作系統(tǒng)進(jìn)程

想在你的代碼里啟動一個(gè)操作系統(tǒng)進(jìn)程，通過JNI調(diào)用就能完成——但這個(gè)東西總令人一知半解，你很有可能得到一個(gè)意想不到的結(jié)果，并且一路伴隨著一些很糟糕的異常。

即便如此，這是無法避免的事情。但進(jìn)程還有一個(gè)討厭的特性就是——它們搞不好就會變成僵尸進(jìn)程。目前從Java中運(yùn)行進(jìn)程帶來的問題是，進(jìn)程一旦啟動就很難去控制它。

為了幫我們解決這個(gè)問題，Java 8在Process類中引入了三個(gè)新的方法

1. destroyForcibly——結(jié)束一個(gè)進(jìn)程，成功率比以前高很多。
2. isAlive——查詢你啟動的進(jìn)程是否還活著。
3. 重載了waitFor()，你現(xiàn)在可以指定等待進(jìn)程結(jié)束的時(shí)間了。進(jìn)程成功退出后這個(gè)接口會返回，超時(shí)的話也會返回，因?yàn)槟阌锌赡芤謩咏K止它。

這里有兩個(gè)關(guān)于如何使用這些新方法的好例子——

• 如果進(jìn)程沒有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)退出，終止它并繼續(xù)往前走。

if (process.wait(MY_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS)){
//成功 }
else {
process.destroyForcibly();
}

• 在你的代碼結(jié)束前，確保所有的進(jìn)程都已退出。僵尸進(jìn)程會逐漸耗盡系統(tǒng)資源。

for (Process p : processes) {
       if (p.isAlive()) {
             p.destroyForcibly();
       }
}

精確的數(shù)字運(yùn)算

數(shù)字溢出會導(dǎo)致一些討厭的bug，因?yàn)樗举|(zhì)上不會出錯(cuò)。在一些系統(tǒng)中，整型值不停地增長（比如計(jì)數(shù)器），溢出的問題就尤為嚴(yán)重。在這些案例里面， 產(chǎn)品在演進(jìn)階段運(yùn)行得很好，甚至商用后的很長時(shí)間內(nèi)也沒問題，但最終會出奇怪的故障，因?yàn)檫\(yùn)算開始溢出，產(chǎn)生了完全無法預(yù)料的值。

為了解決這個(gè)問題，Java 8為Math類添加了幾個(gè)新的“精確型”方法，以便保護(hù)重要的代碼不受溢出的影響，它的做法是當(dāng)運(yùn)算超過它的精度范圍的時(shí)候，拋出一個(gè)未檢查的ArithmeticException異常。

int safeC = Math.multiplyExact(bigA, bigB); 
// 如果結(jié)果超出+-2^31，就會拋出ArithmeticException異常

唯一不好的地方就是你必須自己找出可能產(chǎn)生溢出的代碼。無論如何，沒有什么自動的解決方案。但我覺得有這些接口總比沒有好。

安全的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

在過去幾年中Java一直因?yàn)榘踩┒炊柺茉嵅?。無論是否合理，Java已經(jīng)做了大量工作來加強(qiáng)虛擬機(jī)和框架層，使之免受攻擊。如果隨機(jī)數(shù)來源于隨機(jī)性不高的種子，那么那些用隨機(jī)數(shù)來產(chǎn)生密鑰或者散列敏感信息的系統(tǒng)就更易受攻擊。

到目前為止，隨機(jī)數(shù)發(fā)生算法由開發(fā)人員來決定。但問題是，如果你想要的算法依賴于特定的硬件、操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)，那你就不一定能實(shí)現(xiàn)它。這種情況下，應(yīng)用程序傾向于使用更弱的默認(rèn)發(fā)生器，這就使他們暴露在更大的風(fēng)險(xiǎn)下了。

Java 8添加了一個(gè)新的方法叫SecureRandom.getInstanceStrong()，它的目標(biāo)是讓虛擬機(jī)為你選擇一個(gè)安全的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。如果你 的代碼無法完全掌控操作系統(tǒng)、硬件、虛擬機(jī)（如果你的程序部署到云或者PaaS上，這是很常見的），我建議你認(rèn)真考慮一下使用這個(gè)接口。

可選引用

空指針就像“踢到腳趾”一樣——從你學(xué)會走路開始就伴隨著你，無論現(xiàn)在你有多聰明——你還是會犯這個(gè)錯(cuò)。為了幫助解決這個(gè)老問題，Java 8引入了一個(gè)新模板叫Optional<T>。

這個(gè)模板是從Scala和Hashkell借鑒來的，用于明確聲明傳給函數(shù)或函數(shù)返回的引用有可能是空的。有了它，過度依賴舊文檔或者看過的代碼經(jīng)常變動的人，就不需要去猜測某個(gè)引用是否可能為空。

Optional<User> tryFindUser(int userID) {

或

void processUser(User user, Optional<Cart> shoppingCart) {

Optional模板有一套函數(shù)，使得采樣它更方便，比如isPresent()用來檢查這個(gè)值是不是非空，或者ifPresent()你可以傳遞 一個(gè)Lambda函數(shù)過去，如果isPresent()返回true，這個(gè)Lambda函數(shù)就會被執(zhí)行。不好的地方就跟Java 8的新日期接口一樣，等這種模式逐漸流行，滲透到我們使用的庫中和日常設(shè)計(jì)中，需要時(shí)間和工作量。

用新的Lambda語法打印Optional值：

value.ifPresent(System.out::print);