Java进阶之并发编程——《我的Java打怪日记》

1. 概述

三种性质可见性 一个线程对共享变量的修改 另一个线程能立刻看到。缓存可导致可见性问题。原子性 一个或多个CPU执行操作不被中断。线程切换可导致原子性问题。有序性 编译器优化可能导致指令顺序发生改变。编译器优化可能导致有序性问题。三个问题安全性问题 线程安全活跃性问题 死锁、活锁、饥饿性能问题 使用无锁结构 TLS Copy-On-Write 乐观锁 Java的原子类 Disruptor无锁队列减少锁的持有时间 让锁细粒度。如ConcurrentHashmap 再如读写锁 读无锁写有锁

2. Java内存模型

volatileC语言中的原意 禁用CPU缓存 从内存中读出和写入。Java语言的引申义 Java会将变量立刻写入内存 其他线程读取时直接从内存读 普通变量改变后 什么时候写入内存是不一定的 禁止指令重排序解决问题 保证可见性保证有序性不能保证原子性Happens-Before规则 H-B 程序顺序性规则 前面执行的语句对后面语句可见volatile变量规则 volatile变量的写操作对后续的读操作可见传递性规则 A H-B B B H-B C 那么A H-B C管程中锁的规则 对一个锁的解锁 H-B于 后续对这个锁的加锁

3. 互斥锁sychronized

锁对象 非静态this 静态Class 括号Object参数预防死锁 互斥 不能破坏占有且等待 同时申请所有资源不可抢占 sychronized解决不了 Lock可以解决循环等待 给资源设置id字段 每次都是按顺序申请锁等待通知机制 wait、notify、notifyAll

class Allocator {
 private List Object als;
 // 一次性申请所有资源
 synchronized void apply(
 Object from, Object to){
 // 经典写法
 while(als.contains(from) ||
 als.contains(to)){
 try{
 wait();
 }catch(Exception e){
 als.add(from);
 als.add(to); 
 // 归还资源
 synchronized void free(
 Object from, Object to){
 als.remove(from);
 als.remove(to);
 notifyAll();
}

4. 线程的生命周期

通用线程的生命周期 Java线程的生命周期 状态流转 RUNNABLE -- BLOCKED 线程获取和等待sychronized隐式锁ps 调用阻塞式API时 不会进入BLOCKED状态 但对于操作系统而言 线程实际上进入了休眠态 只不过JVM不关心。RUNNABLE -- WAITING Object.wait()Thread.join()LockSupport.park()RUNNABLE -- TIMED-WAITING 调用各种带超时参数的线程方法NEW -- RUNNABLE Thread.start()RUNNABLE -- TERMINATED 线程运行完毕 有异常抛出 或手动调用线程stop()

6. 线程的性能指标

延迟 发出请求到收到响应吞吐量 单位时间内处理的请求数量最佳线程数 CPU密集型 线程数 CPU核数 1IO密集型 线程数 IO耗时/CPU耗时 1 * CPU核数

7. JDK并发包

Lock lock、unlock互斥锁 和sychronized一样的功能 里面能保证可见性Condition await、signal条件 相比于sychronized的Object.wait Condition可以实现多条件唤醒等待机制Semaphore acquire、release信号量 可以用来实现多个线程访问一个临界区 如实现对象池设计中的限流器ReadWriteLock readLock、writeLock写锁、读锁 允许多线程读 一个线程写 写锁持有时所有读锁和写锁的获取都阻塞 写锁的获取要等所有读写锁释放 适用于读多写少的场景StampedLock tryOptimisticRead、validate写锁、读锁 分悲观读锁、乐观读锁 线程同步 CountDownLatch 一个线程等待多个线程初始化 -- countDown 减1 -- await 等待为0 CyclicBarrier 一组线程之间相互等待初始化 -- 设置回调函数 为0时执行 并返回原始值 -- ? await 减1并等待为0 并发容器 List CopyOnWriteArrayList 适用写少的场景 要容忍可能的读不一致Map ConcurrentHashMap 分段锁ConcurrentSkipListMap 跳表Set CopyOnWriteArraySet 同上ConcurrentSkipListSet 同上Queue 分类 阻塞Blocking、单端Queue、双端Deque单端阻塞 BlockingQueue Array 、Linked 、Sychronized 、LinkedTransfer 、Priority 、Delay 双端阻塞 BlockingDeque Linked 单端非阻塞 Queue ConcurrentLinked 双端非阻塞 Deque ConcurrentLinked 原子类 无锁方案原理 增加了硬件支持 即CPU的CAS指令ABA问题 有解决ABA问题的需求时 增加一个递增的版本号纬度化解分类 原子化基本数据类型 原子化引用类型、原子化数组、原子化对象属性更新器、原子化累加器Future Future cancel、isCanceled、isDone、getFutureTask 实现了Runnable和Future接口强大工具类CompletableFuture 一个强大的异步编程工具类 任务之间有聚合关系 暂时略CompletionService 批量并行任务 暂时略

8. 线程池

设计原理 用生产者消费者模型 线程池是消费者 调用者是生产者。线程池对象里维护一个阻塞队列 一个已经跑起来的工作线程组ThreadsListThreadList里面循环从队列中去Runnable任务 并调用run方法

// 简化的线程池 仅用来说明工作原理
class MyThreadPool{
 // 利用阻塞队列实现生产者 - 消费者模式
 BlockingQueue Runnable workQueue;
 // 保存内部工作线程
 List WorkerThread threads
 new ArrayList ();
 // 构造方法
 MyThreadPool(int poolSize,
 BlockingQueue Runnable workQueue){
 this.workQueue workQueue;
 // 创建工作线程
 for(int idx 0; idx poolSize; idx ){
 WorkerThread work new WorkerThread();
 work.start();
 threads.add(work);
 // 提交任务
 void execute(Runnable command){
 workQueue.put(command);
 // 工作线程负责消费任务 并执行任务
 class WorkerThread extends Thread{
 public void run() {
 // 循环取任务并执行
 while(true){ ①
 Runnable task workQueue.take();
 task.run();
/** 下面是使用示例 **/
// 创建有界阻塞队列
BlockingQueue Runnable workQueue 
 new LinkedBlockingQueue (2);
// 创建线程池
MyThreadPool pool new MyThreadPool(
 10, workQueue);
// 提交任务
pool.execute(()- {
 System.out.println( hello );
});

ThreadPoolExcutor参数corePoolSize 线程池保有的最小线程数maximumPoolSize 线程池创建的最大线程数keepAliveTime 工作线程多久没收到任务 被认为是闲的workQueue 工作队列threadFactory 通过这个参数自定义如何创建线程handler 任务拒绝策略默认为AbortPolicy 会抛出RejectedExecutionException 这是个运行时异常 要注意方法void execute()Future submit(Runnable task | Callable task)

9. 鸟瞰并行任务分类

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