并发编程之深入学习与面试

1.Unsafe类

通常我们最好也不要使用Unsafe类，除非有明确的目的，并且也要对它有深入的了解才行。要想使用Unsafe类需要用一些比较tricky的办法。Unsafe类使用了单例模式，需要通过一个静态方法getUnsafe()来获取。但Unsafe类做了限制，如果是普通的调用的话，它会抛出一个SecurityException异常；只有由主类加载器加载的类才能调用这个方法。其源码如下：

public static Unsafe getUnsafe() {
    Class var0 = Reflection.getCallerClass();
    if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
        throw new SecurityException("Unsafe");
    } else {
        return theUnsafe;
    }
}

获取到Unsafe实例之后，我们就可以为所欲为了。Unsafe类提供了以下这些功能：

1.1、内存管理。包括分配内存、释放内存等。

该部分包括了allocateMemory（分配内存）、reallocateMemory（重新分配内存）、copyMemory（拷贝内存）、freeMemory（释放内存 ）、getAddress（获取内存地址）、addressSize、pageSize、getInt（获取内存地址指向的整数）、getIntVolatile（获取内存地址指向的整数，并支持volatile语义）、putInt（将整数写入指定内存地址）、putIntVolatile（将整数写入指定内存地址，并支持volatile语义）、putOrderedInt（将整数写入指定内存地址、有序或者有延迟的方法）等方法。getXXX和putXXX包含了各种基本类型的操作。

利用copyMemory方法，我们可以实现一个通用的对象拷贝方法，无需再对每一个对象都实现clone方法，当然这通用的方法只能做到对象浅拷贝。

1.2、数组操作。

这部分包括了arrayBaseOffset（获取数组第一个元素的偏移地址）、arrayIndexScale（获取数组中元素的增量地址）等方法。arrayBaseOffset与arrayIndexScale配合起来使用，就可以定位数组中每个元素在内存中的位置。

由于Java的数组最大值为Integer.MAX_VALUE，使用Unsafe类的内存分配方法可以实现超大数组。实际上这样的数据就可以认为是C数组，因此需要注意在合适的时间释放内存。

1.3、多线程同步。包括锁机制、CAS操作等。

这部分包括了monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit、compareAndSwapInt、compareAndSwap等方法。

其中monitorEnter、tryMonitorEnter、monitorExit已经被标记为deprecated，不建议使用。

Unsafe类的CAS操作可能是用的最多的，它为Java的锁机制提供了一种新的解决办法，比如AtomicInteger等类都是通过该方法来实现的。compareAndSwap方法是原子的，可以避免繁重的锁机制，提高代码效率。这是一种乐观锁，通常认为在大部分情况下不出现竞态条件，如果操作失败，会不断重试直到成功。

1.4、挂起与恢复。

这部分包括了park、unpark等方法。

将一个线程进行挂起是通过park方法实现的，调用 park后，线程将一直阻塞直到超时或者中断等条件出现。unpark可以终止一个挂起的线程，使其恢复正常。整个并发框架中对线程的挂起操作被封装在 LockSupport类中，LockSupport类中有各种版本pack方法，但最终都调用了Unsafe.park()方法。

1.5、内存屏障。

这部分包括了loadFence、storeFence、fullFence等方法。这是在Java 8新引入的，用于定义内存屏障，避免代码重排序。

loadFence() 表示该方法之前的所有load操作在内存屏障之前完成。同理storeFence()表示该方法之前的所有store操作在内存屏障之前完成。fullFence()表示该方法之前的所有load、store操作在内存屏障之前完成。

2.Exchanger类

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
 *  如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange，当两个线程都到达同步点时，
 *  这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方
 * @author lzhcode
 *
 */
public class TestExchanger {

	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
		final Exchanger exchanger = new Exchanger();
		service.execute(new Runnable(){
			public void run() {
				try {				

					String data1 = "zxx";
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
					"正在把数据" + data1 +"换出去");
					Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
					String data2 = (String)exchanger.exchange(data1);
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
					"换回的数据为" + data2);
				}catch(Exception e){
					
				}
			}	
		});
		service.execute(new Runnable(){
			public void run() {
				try {				

					String data1 = "lhm";
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
					"正在把数据" + data1 +"换出去");
					Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));					
					String data2 = (String)exchanger.exchange(data1);
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
					"换回的数据为" + data2);
				}catch(Exception e){
					
				}				
			}	
		});		
	}
}

3.ForkJoin 框架

在日常的业务需求中，经常出现的批量查询，批量写入等接口的提供，一般来说，最简单最low的方式就是写一个for循环来一次执行，但是当业务方对接口的性能要求较高时，就比较尴尬了

通常可以想到的方式是采用并发操作，首先想到可以实现的方式就是利用线程池来做

通常实现方式如下

// 1. 创建线程池

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 60,
      TimeUnit.SECONDS,
      new LinkedBlockingDeque(10), new DefaultThreadFactory("biz-exec"),
      new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

// 2. 创建执行任务
List> futureList = new ArrayList<>();
for(Object arg : list) {
        futureList.add(executorService.submit(new Callable