在 Java 中原子读取然后写入部分 ByteBuffer

Posted 2023-02-24

【中文标题】在 Java 中原子读取然后写入部分 ByteBuffer

【英文标题】：Atomic read then write of part of a ByteBuffer in Java

【发布时间】：2012-02-17 12:46:16

【问题描述】：

我在 java 中有一个 ByteBuffer，想要读取，然后有条件地修改该字节，例如使用类似的方法：

public void updateByte(int index) 
    byte b = this.buffer.getByte(index);

    if (b == someByteValue) 
        this.buffer.setByte(index, someNewByte);
    

如何确保字节的读取和修改以原子方式发生？

我不想同步整个 ByteBuffer 或 updateByte 方法，因为我希望多个线程能够同时读取/写入缓冲区的不同字节（即 updateByte 可以同时调用很多线程，只要index 不同）。

我使用的 ByteBuffer 不是由 byte[] 支持的，所以在上面的例子中是 bb.hasArray() == false。

【参考方案1】：

如何为 ByteBuffer 的某些部分提供一组显式锁定对象（这些部分可能非常小，例如一个字，也可能非常大，例如四个四分之一缓冲区）？

当一个线程想要检查和修改一个字节时，它必须首先获取相应部分的锁，执行它的工作，然后释放锁。

这将允许多个线程访问数据的不同部分，而无需全局同步。

【参考方案2】：

简短的回答：如果不求助于 JNI，你就做不到。

更长的答案：ByteBuffer API 中没有原子更新。此外，ByteBuffer 与内存的交互没有严格定义。而且在 Sun 实现中，用于访问原始内存的方法不会尝试刷新缓存，因此您可能会在多核处理器上看到陈旧的结果。

另外，请注意Buffer（及其子类，例如 ByteBuffer）被明确记录为不是线程安全的。如果您有多个线程访问同一个缓冲区，那么您 (1) 依赖实现行为进行绝对访问，或 (2) 编写损坏的代码以进行相对访问。

【讨论】：

没错，我将使用从 FileChannel 创建的 MappedByteBuffer（这是线程安全的），所以我认为映射的缓冲区也是安全的。

@Dave - MappedByteBuffer 与用于创建它的 FileChannel 没有连接。后者仅用于为 mmap 系统调用提供参数。

您可以创建和使用自己的 java.util.concurrent.lock.ReadWriteLock 实例。让所有读取/写入特定“原子字节”或“原子字节区域”的代码首先取出该字节/区域的相应锁。 :)

【参考方案3】：

我不相信您可以在 Java 中以原子方式访问字节。您可以做的最好的事情是修改int 值。这将允许您模拟修改单个字节。

您可以使用 Unsafe（在许多 JVM 上）对 array()（堆 ByteBuffer）或 address()（直接 ByteBuffer）进行比较和交换

【参考方案4】：

就我个人而言，我会锁定一个互斥锁，直到我确定要写入数据的偏移量，然后释放互斥锁。这样你就可以锁定很短的时间

【参考方案5】：

list 上关于并发 DirectByteBuffer 的长长线程：

答案应该是“是”。

另一个大例子是 NIO.2。写/读操作提交字节缓冲区，调用CompletionHandler时就可以了。

因为，在 NIO.2 的情况下，只应用了 DirectByteBuffer。对于“克隆”到 DirectByteBuffer 的 Non-Direct-ByteBuffer，它不是真正的低级操作的参数。

【参考方案6】：

应该可以锁定 ByteBuffer。方法：

您可以创建一个锁定对象列表，并且每次读取字节缓冲区时只锁定一个区域。就像 DNA 所暗示的那样，这应该是最快的解决方案。 或者您甚至可以使用memory mapping to solve this，然后使用FileChannel.lock，这也会锁定字节缓冲区的一个区域，但级别更低。

编辑

：这仅保护来自外部程序 IMO 的访问 或者您可以使用几个较小但同步的 ByteBuffers + 交换信息。 interesting to note 线程应该立即看到彼此之间的变化（这就是我得到 mmap 想法的地方）

【参考方案7】：

我认为将代码的关键部分置于锁定控制之下应该是干净的解决方案。但是，如果您的用例与写入相比读取次数较多，请不要直接使用同步。我建议您使用ReentrantReadWriteLock 作为解决方案的一部分。在修改 ByteBuffer 的函数中，您使用 writeLock().lock() 然后是您的代码。在阅读时使用 readLock().lock()。您可以在提到的链接上阅读更多关于读写锁的信息。基本上它将允许并发读取但不允许并发写入，并且在写入发生时读取线程等待