【Java进阶】并发编程

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【Java进阶】并发编程

优惠券发放 2019-04-29 12:27:07 浏览1405
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【Java进阶】并发编程

  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

  1. Java内存模型

volatile
C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

  1. 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
复制代码
class Allocator {
private List

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();

}
}
复制代码

  1. 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()

  1. 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 + 1
IO密集型:线程数 = (IO耗时/CPU耗时 + 1)* CPU核数

  1. 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、get
FutureTask: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

  1. 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ThreadsList
ThreadList里面循环从队列中去Runnable任务,并调用run方法
复制代码
1 // 简化的线程池,仅用来说明工作原理
2 class MyThreadPool{
3 // 利用阻塞队列实现生产者 - 消费者模式
4 BlockingQueue workQueue;
5 // 保存内部工作线程
6 List threads
7 = new ArrayList<>();
8 // 构造方法
9 MyThreadPool(int poolSize,
10 BlockingQueue workQueue){
11 this.workQueue = workQueue;
12 // 创建工作线程
13 for(int idx=0; idx14 WorkerThread work = new WorkerThread();
15 work.start();
16 threads.add(work);
17 }
18 }
19 // 提交任务
20 void execute(Runnable command){
21 workQueue.put(command);
22 }
23 // 工作线程负责消费任务,并执行任务
24 class WorkerThread extends Thread{
25 public void run() {
26 // 循环取任务并执行
27 while(true){ ①
28 Runnable task = workQueue.take();
29 task.run();
30 }
31 }
32 }
33 }
34
35 / 下面是使用示例 /
36 // 创建有界阻塞队列
37 BlockingQueue workQueue =
38 new LinkedBlockingQueue<>(2);
39 // 创建线程池
40 MyThreadPool pool = new MyThreadPool(
41 10, workQueue);
42 // 提交任务
43 pool.execute(()->{
44 System.out.println("hello");
45 });
复制代码
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)

  1. 鸟瞰并行任务分类

PS:整理自极客时间《Java并发编程》
原文地址https://www.cnblogs.com/flashsun/p/10776168.html

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