JAVA基础4-JAVA线程学习笔记（2）
JAVA线程学习笔记（2）
- 2.1 结构图
- 2.2 Java中的高级线程工具
- 2.2.1 java.util.concurrent.atomic
- 2.2.2 AbstractQueuedSynchronizer
- 2.2.3 ReentrantLock
- 2.2.4 Condition
- 2.2.5 Semaphore
- 2.2.6 CountdownLatch
- 2.2.7 CyclicBarrier
- 2.2.8 Exchanger
- 2.3 线程池
- 2.3.1 Callable
- 2.3.2 Executor
- 2.3.3 ExecutorService
- 2.3.4 Executors
- 2.3.5 ThreadPoolExecutor
- 2.3.6 ScheduledThreadPoolExecutor
- 2.3.7 Future
- 2.3.8 RunnableFuture
- 2.3.9 FutureTask
- 2.3.10 CompletionService
- 2.3.11 ExecutorCompletionService
- 2.3.12 Fork/Join框架
2.1 结构图
2.2 Java中的高级线程工具
2.2.1 java.util.concurrent.atomic
多线程环境下，无锁的进行原子操作。在Atomic包里一共有12个类，四种原子更新方式，分别是原子更新基本类型，原子更新数组，原子更新引用和原子更新字段。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。
原子更新基本类型类
AtomicBoolean：原子更新布尔类型。compareAndSwapInt
AtomicInteger：原子更新整型。compareAndSwapInt
AtomicLong：原子更新长整型。compareAndSwapLong
相对于没有char、float和double。其实可以使用Unsafe的compareAndSwapObject来实现或者直接使用AtomicReference。
原子更新数组类
AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。
原子更新引用类型
原子更新基本类型的AtomicInteger，只能更新一个变量，如果要原子的更新多个变量，就需要使用这个原子更新引用类型提供的类。Atomic包提供了以下三个类：
AtomicReference：原子更新引用类型。
AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。
AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。可以原子的更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference(V initialRef, boolean initialMark)
原子更新字段类
如果我们只需要某个类里的某个字段，那么就需要使用原子更新字段类，Atomic包提供了以下三个类：
AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。
AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于原子的更数据和数据的版本号，可以解决使用CAS进行原子更新时，可能出现的ABA问题。
2.2.2 AbstractQueuedSynchronizer
提供了一个基于FIFO队列，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。该同步器（以下简称同步器）利用了一个int来表示状态，期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。
其中acquire和release是获取资源和释放资源的方法。
继承者需要实现tryAcquier和tryRelease方法。基本利用使用CAS的原子性实现即Unsafe类。
2.2.3 ReentrantLock
分类：非公平锁和公平锁
是java1.6之后加入的，实现Lock接口，修补synchronized的一些缺陷。包括可以采用不同调度算法，加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。基于AbstractQueuedSynchronizer实现的，实现tryAcquire和tryReleace方法，然后给予lock和unlock使用。
方法：
Lock：锁住资源，如果竞争会处于休眠。
Unlock：解锁。
Trylock：尝试锁，如果成功，锁定资源，不成功直接返回。返回boolean，true为锁定成功。
Java中应用
阻塞队列都是使用reentrantlock锁。
2.2.4 Condition
条件变量很大一个程度上是为了解决Object.wait/notify/notifyAll难以使用的问题。
条件（也称为条件队列 或条件变量 ）为线程提供了一个含义，以便在某个状态条件现在可能为 true 的另一个线程通知它之前，一直挂起该线程（即让其“等待”）。
通过Lock的newConditon方法获取锁。如下例子：
2.2.5 Semaphore
是一种基于计数的信号量（可以理解为多个资源锁）。也是基于AbstractQueuedSynchronizer实现其功能，实现tryAcquire和tryReleace方法。它可以设定一个阈值，基于此，多个线程竞争获取许可信号，做完自己的申请后归还，超过阈值后，线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池，资源池之类的，比如数据库连接池，我们也可以创建计数为1的Semaphore，将其作为一种类似互斥锁的机制，这也叫二元信号量，表示两种互斥状态。
初始方法包括信号量和公平锁。
常用方法：acquire、tryAcquire和release方法。
应用场景：线程池等有限资源应用场所。
2.2.6 CountdownLatch
一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。也是基于AbstractQueuedSynchronizer实现其功能。CountdownLatch相对于Thread.join功能，等待其它线程都完成后，主线程再继续。
常用方法：countDown（线程完成工作则减一）和await（等待所有线程完成工作）
注意事项：必须等到计数器为0是，才会跳出await（await一般是主线程调用）。
应用场景：个主线程等待一组工作线程的任务完毕。
2.2.7 CyclicBarrier
一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。内部使用reentrantLock实现。
常用方法：await。
注意事项：CyclicBarrier.await() 方法会抛出一个独有的 BrokenBarrierException。这个异常发生在当某个线程在等待本 CyclicBarrier 时被中断或超时或被重置时，其它同样在这个 CyclicBarrier 上等待的线程便会受到 BrokenBarrierException。意思就是说，同志们，别等了，有个小伙伴已经挂了，咱们如果继续等有可能会一直等下去，所有各回各家吧。
应用场景：一组线程需要在一个时间点上达成一致。其实CyclicBarrier与countdownLatch基本可以互换写出同样功能，只是CyclicBarrier循环特性（再次调用 await() 方法，计数就又会变成 N-1）和构造函数所接受的 Runnable 参数也是 CountDownLatch 所不具备的。
2.2.8 Exchanger
以在两个线程之间交换数据，只能是2个线程，他不支持更多的线程之间互换数据。
主要方法：exchange，入参是将数据传输到另外一个线程，返回参数是获取另外线程的数据，会发生阻塞当一个线程没有交换数据时。
应用场景：一般用于2线程数据交换。
2.3 线程池
2.3.1 Callable
理解为一个拥有返回值的Runable。可以被线程池执行。
2.3.2 Executor
定义一个接口，描述将运行 Runnable 的对象。void execute(Runnable command)
2.3.3 ExecutorService
定义一个接口，并继承Executor。扩展Executor的功能，包括shutdown、shutdownNow、submit(Runnable)等方法。一般线程池都实现此接口。
2.3.4 Executors
Java.util.concurrent中提供多个线程池的实现，但是一般不会通过new直接新建线程池，而是通过工厂模式实现，Executors 类就是包含用于构造许多不同类型的 Executor 实现的静态工厂方法。以下几个常用方法介绍：
Executors.newCachedThreadPool() 创建不限制大小的线程池，但是当以前创建的线程可以使用时将重新使用那些线程。如果没有现有线程可用， 将创建新的线程并将其添加到池中。使用不到 60 秒的线程将终止并从缓存中删除。
Executors.newFixedThreadPool(int n) 创建线程池，其重新使用在不受限制的队列之外运行的固定线程组。在关闭前，所有线程都会因为执行过程中的失败而终止，如果需要执行后续任务，将会有新的线程来代替这些线程。
Executors.newSingleThreadExecutor() 创建 Executor，其使用在不受限制的队列之外运行的单一工作线程，与 Swing 事件线程非常相似。保证顺序执行任务，在任何给定时间，不会有多个任务处于活动状态。
newSingleThreadScheduledExecutor()和newScheduledThreadPool(int corePoolSize)，创建的是个ScheduledThreadPoolExecutor，可以进行定时或周期性的工作调度，区别在于单一工作线程还是多个工作线程。
2.3.5 ThreadPoolExecutor
实现ExecutorService接口，并实现其方法。可以设置线程池数量、存活时间等。其中有一个参数是ThreadFactory，是一个工厂类，其构造执行程序要使用的新线程，使用定制的线程工厂，创建的线程可以包含有用的线程名称，并且这些线程是守护线程，属于特定线程组或具有特定优先级。
在工厂类Executor中，newFixedThreadPool 和 newCachedThreadPool 工厂方法返回的 Executor 就是类 ThreadPoolExecutor 的实例。
ThreadPoolExecutor 参数的中药含义：
| 名称 | 类型 | 含义 |
|---|---|---|
| corePoolSize | int | 核心线程池大小 |
| maximumPoolSize | int | 最大线程池大小 |
| keepAliveTime | long | 线程最大空闲时间 |
| unit | TimeUnit | 时间单位 |
| workQueue | BlockingQueue | 线程等待队列 |
| threadFactory | ThreadFactory | 线程创建工厂 |
| handler | RejectedExecutionHandler | 拒绝策略 |
ThreadPoolExecutor任务处理流程：
2.3.6 ScheduledThreadPoolExecutor
继承ThreadPoolExecutor类，并实现ScheduledExecutorService接口。是一个轮询功能的线程池。增加schedule和scheduleWithFixedDelay方法，使用定时执行任务。Schedule是多久之后执行一次任务，但只会执行一次。scheduleWithFixedDelay是多久之后执行一次任务，会不断执行。
2.3.7 Future
线程返回的结果。使用get方法可以获得线程结束的返回结果。但是get会阻塞，如果线程没有结束的话。
2.3.8 RunnableFuture
继承Runable和Future的即可，实现此接口的既可以作为线程也可以作为返回值。
2.3.9 FutureTask
实现RunnableFuture接口，并实现其方法。此类既可以作为线程也可以作为线程返回值。
2.3.10 CompletionService
CompletionService整合了Executor和BlockingQueue的功能。你可以将Callable任务提交给它去执行，然后使用类似于队列中的take和poll方法，在结果完整可用时获得这个结果，像一个打包的Future。
2.3.11 ExecutorCompletionService
ExecutorCompletionService是实现CompletionService接口的一个类，并将计算任务委托给一个Executor。
2.3.12 Fork/Join框架
主要功能即将一个任务拆分为多个子任务执行，最终再将子任务的执行结果合并（了解Hadoop的童鞋此时应该想起了Hadoop的MapReduce）。