總結(jié)：Java屆很難得有讀百十行代碼就能增加修煉的機會，這里有一個。

通常，我在看書的時候一般不寫代碼，因為我的腦袋被設(shè)定成單線程的，一旦同時喂給它不同的信息，它就無法處理。

但多線程對電腦來說就是小菜一碟，它可以同時做很多事，看起來匪夷所思。好希望把自己的大腦皮層移植到這些牛x的設(shè)備上。

用人腦思考電腦正在思考的問題，這本身就是一種折磨。但平常的工作和面試中，又不得不面對這樣的場景，所以多線程就成了編程路上一塊難啃的骨頭。

HikariCP是SpringBoot默認的數(shù)據(jù)庫連接池，它毫不謙虛的的起了一個叫做光的名字，這讓國產(chǎn)Druid很沒面子。

還是言歸正傳，看一下Hikari中的ConcurrentBag吧。

核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

多線程代碼一個讓人比較頭疼的問題，就是每個API我都懂，但就是不會用。很多對concurrent包倒背如流的同學(xué)，在面對現(xiàn)實的問題時，到最后依然不得不被迫加上Lock或者synchronized。

ConcurrentBag是一個Lock free的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要用作數(shù)據(jù)庫連接的存儲，可以說整個HikariCP的核心就是它。刪掉亂七八糟的注釋和異常處理，可以說關(guān)鍵的代碼也就百十來行，但里面的道道卻非常的多。

ConcurrentBag速度很快，要達到這個目標(biāo)，就需要一定的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持。

privatefinalCopyOnWriteArrayListsharedList;
privatefinalThreadLocal>threadList;
privatefinalAtomicIntegerwaiters;
privatefinalSynchronousQueuehandoffQueue;

• sharedList 用來緩存所有的連接，是一個CopyOnWriteArrayList結(jié)構(gòu)。
• threadList 用來緩存某個線程所使用的所有連接，相當(dāng)于快速引用，是一個ThreadLocal類型的ArrayList。
• waiters 當(dāng)前正在獲取連接的等待者數(shù)量。AtomicInteger，就是一個自增對象。當(dāng)waiters的數(shù)量大于0時候，意味著有線程正在獲取資源。
• handoffQueue 0容量的快速傳遞隊列，SynchronousQueue類型的隊列，非常有用。

ConcurrentBag里面的元素，為了能夠無鎖化操作，需要使用一些變量來標(biāo)識現(xiàn)在處于的狀態(tài)。抽象的接口如下：

publicinterfaceIConcurrentBagEntry{
intSTATE_NOT_IN_USE=0;
intSTATE_IN_USE=1;
intSTATE_REMOVED=-1;
intSTATE_RESERVED=-2;

booleancompareAndSet(intexpectState,intnewState);
voidsetState(intnewState);
intgetState();
}

有了這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的支持，我們的ConcurrentBag就可以實現(xiàn)它光的宣稱了。

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獲取連接

連接的獲取是borrow方法，還可以傳入一個timeout作為超時控制。

publicTborrow(longtimeout,finalTimeUnittimeUnit)throwsInterruptedException

首先，如果某個線程執(zhí)行非常快，使用了比較多的連接，就可以使用ThreadLocal的方式快速獲取連接對象，而不用跑到大池子里面去獲取。代碼如下。

//Trythethread-locallistfirst
finalvarlist=threadList.get();
for(inti=list.size()-1;i>=0;i--){
finalvarentry=list.remove(i);
finalTbagEntry=weakThreadLocals?((WeakReference)entry).get():(T)entry;
if(bagEntry!=null&&bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE,STATE_IN_USE)){
returnbagEntry;
}
}

我們都知道，包括ArrayList和HashMap一些基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，都是Fail Fast的，如果你在遍歷的時候，刪掉一些數(shù)據(jù)，有可能會引起問題。幸運的是，由于我們的List是從ThreadLocal獲取的，它首先就避免了線程安全的問題。

接下來就是遍歷。這段代碼采用的是尾遍歷（頭遍歷會出現(xiàn)錯誤），用于快速的從列表中找到一個可以復(fù)用的對象，然后使用CAS來把狀態(tài)置為使用中。但如果對象正在被使用，則直接刪除它。

在ConcurrentBag里，每個ThreadLocal最多緩存50個連接對象引用。

當(dāng)ThreadLocal里找不到可復(fù)用的對象，它就會到大池子里去拿。也就是下面這段代碼。

//Otherwise,scanthesharedlist...thenpollthehandoffqueue
finalintwaiting=waiters.incrementAndGet();
try{
for(TbagEntry:sharedList){
if(bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE,STATE_IN_USE)){
//Ifwemayhavestolenanotherwaiter'sconnection,requestanotherbagadd.
if(waiting>1){
listener.addBagItem(waiting-1);
}
returnbagEntry;
}
}

listener.addBagItem(waiting);

//還拿不到，就需要等待別人釋放了
timeout=timeUnit.toNanos(timeout);
do{
finalvarstart=currentTime();
finalTbagEntry=handoffQueue.poll(timeout,NANOSECONDS);
if(bagEntry==null||bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE,STATE_IN_USE)){
returnbagEntry;
}

timeout-=elapsedNanos(start);
}while(timeout>10_000);

returnnull;
}
finally{
waiters.decrementAndGet();
}

首先要注意，這段代碼可能是由不同的線程執(zhí)行的，所以必須要考慮線程安全問題。由于shardList是線程安全的CopyOnWriteArrayList，適合讀多寫少的場景，我們可以直接進行遍歷。

這段代碼的目的是一樣的，需要從sharedList找到一個空閑的連接對象。這里把自增的waiting變量傳遞到外面的代碼進行處理，主要是由于想要根據(jù)waiting的大小來確定是否創(chuàng)建新的對象。

如果無法從池子里獲取連接，則需要等待別的線程釋放一些資源。

創(chuàng)建對象的過程是異步的，要想獲取它，還需要依賴一段循環(huán)代碼。while循環(huán)代碼是納秒精度，會嘗試從handoffQueue里獲取。最終會調(diào)用SynchronousQueue的transfer方法。

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歸還連接

有借就有還，當(dāng)某個連接使用完畢，它將被歸還到池子中。

publicvoidrequite(finalTbagEntry)
{
bagEntry.setState(STATE_NOT_IN_USE);

for(vari=0;waiters.get()>0;i++){
if(bagEntry.getState()!=STATE_NOT_IN_USE||handoffQueue.offer(bagEntry)){
return;
}
elseif((i&0xff)==0xff){
parkNanos(MICROSECONDS.toNanos(10));
}
else{
Thread.yield();
}
}

finalvarthreadLocalList=threadList.get();
if(threadLocalList.size()50){
threadLocalList.add(weakThreadLocals?newWeakReference<>(bagEntry):bagEntry);
}
}

首先，把這個對象置為可用狀態(tài)。然后，代碼會進入一個循環(huán)，等待使用方把這個連接接手過去。當(dāng)連接處于STATE_NOT_IN_USE狀態(tài)，或者隊列中的數(shù)據(jù)被取走了，那么就可以直接返回了。

由于waiters.get()是實時獲取的，有可能長時間一直大于0，這樣代碼就會變成死循環(huán)，浪費CPU。代碼會嘗試不同層次的睡眠，一個是每隔255個waiter睡10ns，一個是使用yield讓出cpu時間片。

如果歸還連接的時候并沒有被其他線程獲取到，那么最后我們會把歸還的連接放入到相對應(yīng)的ThreadLocal里，因為對一個連接來說，借和還，通常是一個線程。

知識點

看起來平平無奇的幾行代碼，為什么搞懂了就能Hold住大部分的并發(fā)編程場景呢？主要還是這里面的知識點太多。下面我簡單羅列一下，你可以逐個攻破。

1. 使用ThreadLocal來緩存本地資源引用，使用線程封閉的資源來減少鎖的沖突
2. 采用讀多寫少的線程安全的CopyOnWriteArrayList來緩存所有對象，幾乎不影響讀取效率
3. 使用基于CAS的AtomicInteger來計算等待者的數(shù)量，無鎖操作使得計算更加快速
4. 0容量的交換隊列SynchronousQueue，使得對象傳遞更加迅速
5. 采用compareAndSet的CAS原語來控制狀態(tài)的變更，安全且效率高。很多核心代碼都是這么設(shè)計的
6. 在循環(huán)中使用park、yield等方法，避免死循環(huán)占用大量CPU
7. 需要了解并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的offer、poll、peek、put、take、add、remove方法的區(qū)別，并靈活應(yīng)用
8. CAS在設(shè)置狀態(tài)時，采用了volatile關(guān)鍵字修飾，對于volatile的使用也是一個常見的優(yōu)化點
9. 需要了解WeakReference弱引用在垃圾回收時候的表現(xiàn)

麻雀雖小，五臟俱全。如果你想要你的多線程編程能力更上一層樓，讀一讀這個短小精悍的ConcurrentBag吧。當(dāng)你掌握了它，多線程的那些東西，不過是小菜一碟。

審核編輯 ：李倩