三篇搞定Java高并发笔记【第一篇】

本文Java高并发的内容将从三个阶段记录，参考资料【Java并发编程详解】：

• 多线程基础
• Java内存模型（高并发设计模式）
• Java并发包JUC
• Java并发包源码AQS

什么是线程

相信学过操作系统的同学都知道线程和进程的关系，对于计算机来说一个任务就是一个进程，一个进程里面至少有一个线程。想必学习的时候会不会问，一个APP就对应一个进程，一个进程难道就是一个JVM吗？那经常写的函数是不是就是一个线程呢？

通常来说，一个APP是一个进程，但是也有可能多个进程。一个进程就是一个JVM（虚拟机），里面有很多个线程运行，接下来就是操作系统的知识了。
每个线程都有自己的局部变量表、程序计数器以及生命周期，线程的生存状态分为以下五个主要的阶段：

• NEW状态
  当我们用关键字new创建一个Thread对象时，此时并不处于执行状态，因为没有调用start方法。此时只是一个对象的状态，就跟平常创建一个对象一样，当用start方法时就会进入到`RUNNABLE``状态。
• RUNNABLE状态
  此时才是真正的在JVM中创建了一个线程，线程一经启动就立即执行吗？肯定不是的，因为还有个RUNNING状态，当调用run方法才真正开始执行。线程的执行与否都需要听从CPU的调度，只有CPU调度了才有执行资格。
• RUNNING状态
  一旦CPU通过轮询从队列中选中了线程，此时才是真正的执行逻辑代码。
• BLOCKED状态
  线程可能因为某种原因进入阻塞状态，就会进入BLOCKED状态。比如调用了sleep，或者wait方法而加入了waitSet中。比如为获得锁资源，而被进入阻塞队列中等待。
• TERMINATED状态
  TERMINATED状态是线程的最终状态，在状态中线程不会切换到其他状态，线程进入TERMINATED状态，意味着该线程的整个生命周期都结束了。比如线程正常结束任务，比如JVM crash，所有线程结束。

在面试过程中，我们都会遇到这样的面试题，怎样创建一个线程？
答：
1）继承 Thread类创建线程
2）实现Runnable接口创建线程
3）使用Callable和Future创建线程
4）使用线程池例如用Executor框架

其实在JDK中代表线程的就只有Thread这个类，线程执行单元就是run方法。所以创建线程只有一种方式那就是构造Thread类，而实现线程的执行单元则有两种方式，第一种就是重写Thread的run方法，第二种实现runnable接口方法，并将Runnable实例用作构造Thread的参数。

我们接入一个例子来引入上面的实例：假设一个银行的办事大厅，有三个柜台，每个柜台需要为顾客办理业务。顾客依次进门取号，等待办理，那么可以怎样模仿这个实例呢？

public class demo implements Runnable{
    private int index = 1;//当前的顾客
    private int MAX = 50;
    @Override
    public void run() {
        while (index < MAX){
            System.out.println(Thread.currentThread() + "的号码是："+(index++));
            try{
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String arg[]){//多线程测试hashmap 容易出现死循环
        final demo runnable = new demo();
        Thread thread_1 = new Thread(runnable,"线程一");
        Thread thread_2 = new Thread(runnable,"线程一");
        Thread thread_3 = new Thread(runnable,"线程一");
        thread_1.start();
        thread_2.start();
        thread_3.start();
    }
}

只贴部分输出情况，可以看到，某几个线程重复的index情况。

Thread[线程四,5,main]的号码是：17
Thread[线程二,5,main]的号码是：17

为什么会这样呢？

相信看过我的ConcurrentHashMap高并发讲解 的就知道，线程执行的时候会有缓存，还没等线程修改刷新至内存就被其他线程修改了，所以导致重复！那么怎么解决呢，一是定义static共享变量，二是使用volatile关键字强制刷新到内存。

Thread与JVM虚拟机

研究线程那么必然要懂得JVM的内存模型，以及各个内存区域之间的关系。JVM在执行Java程序的时候会把对应的物理内存划分为不同的区域，每一个区域都存放着不同的数据。

JVM内存模型

1. 程序计数器
   相信这个大家都不陌生，操作系统都需要通过控制总线向CPU发送机器指令，而程序计数器就是当前执行指令地址。每个线程都需要一块独立的程序计数器，因此内存区域是线程私有的。

2. Java虚拟栈
   线程创建时，都会为其创建一个虚拟机栈，虚拟机栈大小可以用-xss来配置。在线程中，方法执行会创建一个名为栈帧的东西，主要用于存放局部变量表、操作栈、动态链接等信息，其区域也是私有。

3. 本地方法栈
   Java提供了调用本地方法的接口（JNI Java Native Interface），也就是操作系统程序方法。大家都知道，JVM是运行在操作系统上的，而操作系统是最终的管理。在JVM中经常会使用JNI方法，比如网络通信，文件操作系统的底层，甚至String的intern等都是JNI方法。

4. 堆内存
   堆内存是JVM中最大的一块内存区域，被所有的线程共享，Java创建的所有对象几乎都存在这里。该内存区域也会垃圾回收器经常照顾的对象，所以有时候被称为“GC堆”。

5. 方法区
   方法区也是被多个线程共享的内存区域，主要用于存储被虚拟机加载的类信息、常量（运行常量池）、静态变量即时编译器（JIT）编译后的代码等数据。

所以可以得出进程的内存大小为：堆内存+线程数量*栈内存

那么JVM中可以创建多少个线程呢，我们是可以通过公式算出来的。
线程数量=（最大内存空间-JVM堆内存-ReserverOsMemory）/ThreadStackSize（xss） 当然线程数量还跟操作系统的一些内核配置有很大的关系。

守护线程

你知道JVM在什么情况下会退出吗？
我们说的是正常的退出，而不是调用System.exit()。正常退出就需要理解守护线程，守护线程是一类比较特殊的线程，一般用于处理后台的一些工作，比如JDK的垃圾回收。若线程中没有非守护线程就会，则JVM的进程就会退出。
设置守护线程的方法就是thread.setDaemon(true)，true就是代表守护线程，false就是正常线程。主要注意的就是，setDaemon方法只在线程启动之前才能失效，如果一个线程死亡，那么设置setDaemon则会抛出IllegalThreadStateException异常。

• 线程sleep
  sleep方法会使线程进入指定的毫秒数的休眠，暂停执行。休眠有一个重要的特性就是不会放弃monitor锁的所有权。
• 使用TimeUntil替代Thread.sleep
  在使用线程休眠方法Thread.sleep，可以完全用TimeUnit来代替，因为sleep能做的事，TimeUnti都能做。比如线程想休眠3小时24分17秒88毫秒

        TimeUnit.HOURS.sleep(3);
        TimeUnit.MINUTES.sleep(24);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(17);
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(88);

• 线程yield
  yield方法是属于一种启发式的方法,调用yield方法会使当前线程从RUNNING状态切换到RUNNABLE状态。

总结：
1.sleep会导致当前线程暂停指定的时间，没有CPU的时间消耗。
2.yield只是对CPU调度器的一个提示，如果CPU没有忽略这个提示，他会导致线程上下文切换。
3.sleep会使线程短暂block，会在给定的时间内释放CPU的资源
4.sleep会百分百的完成给定的时间消耗，而yield不一定担保
5.一个线程sleep另一个线程调用interrupt会捕获中断信号，而yield不会。

线程安全与数据同步

多线程里最重要的内容之一，那就是数据同步、线程安全、锁等内容。在串行化任务执行时，由于不存在资源的共享，线程安全的问题几乎不用担心。但是现在都是追求高效率的执行，都需要满足多线程对共享资源的竞争。
在前面的例子中，讲了多个线程对index变量的竞争引起的，解决竞争问题可以用synchronized关键字，synchronized提供了一种排他机制，也就是在同一时间只能有一个线程执行操作。

什么是synchronized关键字？
synchronized就是同步的意思，可以实现一种简单的策略来防止线程干扰和内存一致性错误，具体表现为如下：

• synchronized关键字提供了一种锁的机制，能够确保共享变量的互斥访问，从而防止数据不一致的出现。
• synchronized关键字包括monitor enter和monitor exit两个JVM指令，能够保证随时都能执行到monitor enter之前都能必须从内存中获取数据。

• synchronized关键字的指令严格遵守java happens-before规则，一个monitor exit指令之前必定有一个monitor enter。

Monitorenter
每一个对象都与一个monitor关联，一个monitor的lock锁只能被一个线程在同一时间获得 。synchronized关键字获得锁，其实就是获取对象的monitor。

点赞加关注！不能白嫖！没动力了！

点赞加关注！不能白嫖！

点赞加关注！不能白嫖！