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Java并发编程中如何编写高可用代码_实践经验总结

P粉602998670

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发布时间:2026-01-22 10:09:20

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来源于php中文网

原创

高并发下synchronized易致服务不可用,因其在长耗时I/O时阻塞线程引发排队雪崩;应减小锁粒度、移出临界区的阻塞操作,并优选ReentrantLock或CAS机制。

java并发编程中如何编写高可用代码_实践经验总结

为什么直接用 synchronized 容易导致服务不可用

不是锁本身有问题,而是它在高并发、长耗时场景下会把线程卡死在临界区外,形成“排队雪崩”。比如一个接口里用 synchronized 包裹了远程 HTTP 调用,一旦下游响应变慢或超时,所有后续请求全堵在锁入口,TPS 断崖下跌。

  • 锁粒度要细:优先锁对象字段,而不是整个方法或 this
  • 避免在同步块内做 I/O、RPC、数据库查询——这些操作应移出临界区
  • 考虑用 ReentrantLock 替代,它支持超时获取(tryLock(long, TimeUnit)),失败可快速降级或重试
  • 若必须同步远程调用结果,改用缓存 + CAS 更新(如 AtomicReference.compareAndSet)更安全

ConcurrentHashMap 的常见误用与扩容陷阱

很多人以为 ConcurrentHashMap 是“万能线程安全 Map”,但它的线程安全仅限于单个操作原子性,组合操作(如“检查再插入”)仍需额外同步。

  • computeIfAbsent 是安全的,但注意其 lambda 内不能有阻塞逻辑,否则会拖慢整个 segment 的写入
  • 扩容期间读操作不阻塞,但写操作可能触发帮助扩容(helpTransfer),CPU 使用率会阶段性飙升
  • 初始化容量别设太小:new ConcurrentHashMap(16) 在写入 1000 条后大概率触发多次扩容;建议预估 size 后乘以 1.5 再向上取最近 2 的幂
  • 不要用 keySet().iterator() 做遍历并修改,迭代器弱一致性不保证看到最新写入,且无法检测并发修改异常

线程池配置不当引发的 OOM 和拒绝风暴

线上最常踩的坑是把 Executors.newFixedThreadPool(n) 直接丢进生产环境。它的 LinkedBlockingQueue 默认无界,任务堆积时内存持续上涨,直到 GC 失败或被 OS Kill。

  • 永远手动构造 ThreadPoolExecutor,明确指定有界队列(如 ArrayBlockingQueue)和拒绝策略
  • 拒绝策略别只用 AbortPolicy(抛 RejectedExecutionException),对核心链路建议用 CallerRunsPolicy 让调用方自己执行,起到自然限流作用
  • 线程数不是越多越好:CPU 密集型任务线程数 ≈ CPU 核数;IO 密集型可按公式 cpu_count * (1 + wait_time / cpu_time) 估算,但务必压测验证
  • 记得给线程池命名(通过 ThreadFactory),否则堆里全是 pool-1-thread-1,排查问题时根本分不清是谁的池子

CompletableFuture 链式调用中的隐形阻塞点

CompletableFuture 看似异步,但一不小心就写出“伪异步”代码。最典型的是在 thenApplythenAccept 里调用阻塞 API,或者没指定异步执行器,导致默认用 ForkJoinPool.commonPool(),而它会被任意业务代码拖垮。

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  • 所有可能耗时的操作,必须显式指定线程池:supplyAsync(() -> heavyWork(), executor)thenApplyAsync(..., executor)
  • 慎用 join()get():它们会阻塞当前线程,在 Web 容器(如 Tomcat)中可能导致线程池耗尽
  • 异常处理别漏掉:exceptionally() 只捕获上一阶段异常,handle() 才能同时处理结果和异常,推荐优先用后者
  • 多个依赖关系建议用 allOf + thenCombine 组合,但注意 allOf 返回 CompletableFuture,需手动 collect 结果,容易写错
CompletableFuture a = CompletableFuture.supplyAsync(() -> callServiceA(), ioExecutor);
CompletableFuture b = CompletableFuture.supplyAsync(() -> callServiceB(), ioExecutor);
return CompletableFuture.allOf(a, b)
    .thenApply(v -> {
        // 错误:a.get() 和 b.get() 会阻塞!
        return a.join() + b.join(); // 正确:join 不抛检异常,且语义清晰
    });

高可用不是靠加机器堆出来的,是靠对每个并发原语的副作用足够敏感。最容易被忽略的,其实是那些“看起来很安全”的默认行为——比如 commonPool 的共享性、ConcurrentHashMap 的弱一致性边界、还有拒绝策略背后的服务降级意图。

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