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从 Java 语言的 Redisson 框架体现的纯函数以及在并发中的优势以及 JVM 内存结构的设计

1. 引入：一个简单的 Redisson 示例

public void incrementCounter(String key, int v) {
    RAtomicLong counter = redissonClient.getAtomicLong(key);
    long newValue = counter.addAndGet(v);
}
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    new Thread(() -> {
        incrementCounter("stock",-1);
    }).start();
}

这段代码实现了在分布式环境下对远程计数器的线程安全原子自增，这里体现了 纯函数思想 、 并发优势 ，并且设计背后依赖于 JVM 内存结构的分区原则。

2. 纯函数的体现

2.1 什么是纯函数？

  • 确定性：相同输入必然得到相同输出
  • 无副作用：执行过程不影响外部任何状态
  • 在标准的纯函数语言中，如Haskell直接取消变量的概念，从而取消状态来达到纯函数的性质；在Java中也常常用fianl等修饰变量，但是存在不同，当final修饰的是一个对象时，只是锁定了其引用，仍然可以修改其状态，只是取消了部分的状态（及引用值本身）

2.2 Redisson 中纯函数特性

在源码实现中：

public RAtomicLong getAtomicLong(String name) {
    return new RedissonAtomicLong(this.commandExecutor, name);
}

public long addAndGet(long delta) {
    return (Long)this.get(this.addAndGetAsync(delta));
}

体现无状态特性：

  • getAtomicLong 每次调用都 new 一个新对象，不保存历史状态，也不改变 RedissonClient 本身的状态
  • 输入是 name，输出是根据 name和 commandExecutor 生成的新对象，真正做到了 输入决定输出，无任何副作用。

体现纯函数特性：

  • addAndGet(delta) 根据输入 delta，进行原子操作，没有依赖本地历史状态
  • 没有修改本地对象（如本地统计器）
  • 结果只取决于输入发送给 Redis 并返回

3. 并发中的优势

3.1 避免共享可变状态

  • RedissonClient 无状态设计，多线程无需加锁

3.2 Redis 单线程原子性保证

  • Redis 命令在服务端单线程一次一条执行

3.3 应用场景

多线程实例，每次 addAndGet(1) 最终加和精确，无需本地同步。

4. JVM 内存结构与并发模型

4.1 JVM运行时内存区域

区域 说明 是否线程共享
程序计数器 指向当前字节码指令 不共享
Java虚拟机栈 存放局部变量、调用链信息 不共享
堆内存 存放 new 对象实例 共享
方法区 存放类元数据（字段、方法、常量、类结构） 共享
本地方法栈 执行 Native 方法 不共享

4.2 调用过程

  • PC计数器：指向 addAndGet
  • Java堆栈：新建栈帧，存放局部变量（key）
  • 堆：分配 RAtomicLong 和其他对象
  • 方法区：全线程共用方法定义

4.3 JVM设计在并发中的意义

方法内的本地变量依靠 JVM 堆栈，是线程私有的；同时，new 语句每次执行都会在堆内存重新分配对象。这样设计保证了，即使在高并发环境下，方法的本地变量也不会存在共享状态，从而避免带来并发错误。

public void createUser() {
    User user = new User(); // new 对象，分配在堆
    user.setName(Thread.currentThread().getName());
    System.out.println(user);
}

for (int i = 0; i < 100; i++) {
    new Thread(() -> {
        createUser();
    }).start();
}
  • 每个线程调用 createUser，都在堆内新建独立对象 User，不共享。
  • 本地变量 user 依靠堆栈，线程安全，没有并发冲突；不同线程间的user属于不同对象，不涉及共享状态。

5. 结论

Redisson 框架显示了：

  • 纯函数思维有助于并发算法设计
  • 无状态设计优化多线程调用
  • JVM 内存分区保证了执行独立性与资源共享

函数式思想 + JVM设计，是现代高并发程序不可或缺的基石！

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