JavaJUC基础知识梳理
作者：kuikui
JUC
- Java JUC
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- 1 Java JUC简介
- 2 volatile 关键字-内存可见性
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- 2.1 内存可见性
- 2.2 volatile 关键字
- 3 原子变量与CAS算法
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- 3.1 原子变量
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- 3.1.1 i++的原子性问题
- 3.1.2 原子变量
- 3.2 CAS算法
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- 3.2.1 ABA问题
- 3.2.2 CAS在JAVA中底层的实现
- CAS在JAVA中底层的实现是通过 lock cmpxchg来实现的
- volatile和synchronized的实现也都跟这条指令有关
- 3.3 原子性与可见性区别
- 4 ConcurrentHashMap
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- 4.1 锁粒度
- 4.2 锁分段
- 4.3 其它
- 4.4 写入并复制
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- 5 CountDownLatch(闭锁)
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- 5.1 概念
- 5.2 方法介绍
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- 6 实现 Callable 接口
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- 6.1 创建线程的四种方式
- 6.2 Callable的使用
- 7 -Lock 同步锁
- 8 Condition 控制线程通信
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- 8.1 使用Condition
- 8.2 生产者和消费者案例
- 9 线程按序交替
- 10 ReadWriteLock 读写锁
- 11 线程8锁
- 12 线程池
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- 12.1 线程池介绍
- 12.2 线程池的体系结构
- 12.3 工具类 : Executors
- 12.4 线程调度
- 13 ForkJoinPool 分支/合并框架 工作窃取
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- 13.1 Fork/Join 框架
- 13.2 Fork/Join 框架与线程池的区别
Java JUC
1 Java JUC简介
在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent （简称 JUC ）包，在此包中增加了在并发编程中很常用 的实用工具类，用于定义类似于线程的自定义子 系统，包括线程池、异步 IO 和轻量级任务框架。 提供可调的、灵活的线程池。还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现等。
2 volatile 关键字-内存可见性
2.1 内存可见性
Java 内存模型规定，对于多个线程共享的变量，存储在主内存当中，每个线程都有自己独立的工作内存，并且线程只能访问自己的工作内存，不可以访问其它线程的工作内存。工作内存中保存了主内存中共享变量的副本，线程要操作这些共享变量，只能通过操作工作内存中的副本来实现，操作完毕之后再同步回到主内存当中，其 JVM 模型大致如下图。
JVM 模型规定：1) 线程对共享变量的所有操作必须在自己的内存中进行，不能直接从主内存中读写; 2) 不同线程之间无法直接访问其它线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。这样的规定可能导致得到后果是：线程对共享变量的修改没有即时更新到主内存，或者线程没能够即时将共享变量的最新值同步到工作内存中，从而使得线程在使用共享变量的值时，该值并不是最新的。这就引出了内存可见性。
内存可见性（Memory Visibility）是指当某个线程正在使用对象状态，而另一个线程在同时修改该状态，需要确保当一个线程修改了对象状态后，其他线程能够看到发生的状态变化。
可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时，我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值，有时甚至是根本不可能的事情。
public class TestVolatile {
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo td = new ThreadDemo();
new Thread(td).start();
while(true){
if(td.isFlag()){
System.out.println("------------------");
break;
}
}
}
}
class ThreadDemo implements Runnable {
private boolean flag = false;
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
flag = true;
System.out.println("flag=" + isFlag());
}
public boolean isFlag() {
return flag;
}
public void setFlag(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
}
//输出：
//flag=true
2.2 volatile 关键字
Java 提供了一种稍弱的同步机制，即 volatile 变量，用来确保将变量的更新操作通知到其它线程。当把共享变量声明为 volatile 类型后，线程对该变量修改时会将该变量的值立即刷新回主内存，同时会使其它线程中缓存的该变量无效，从而其它线程在读取该值时会从主内中重新读取该值（参考缓存一致性）。因此在读取 volatile 类型的变量时总是会返回最新写入的值。
volatile屏蔽掉了JVM中必要的代码优化(指令重排序)，所以在效率上比较低
//如果设置为
private volatile boolean flag = false;
//输出结果：
flag=true
------------------
volatile关键字最主要的作用是：
- 保证变量的内存可见性
- 局部阻止重排序的发生
可以将 volatile 看做一个轻量级的锁，但是又与 锁有些不同：
- 对于多线程，不是一种互斥关系
- 不能保证变量状态的“原子性操作“
3 原子变量与CAS算法
3.1 原子变量
3.1.1 i++的原子性问题
public class TestAtomicDemo {
public static void main(String[] args) {
AtomicDemo ad = new AtomicDemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(ad).start();
}
}
}
class AtomicDemo implements Runnable{
// private volatile int serialNumber = 0;
private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.print(getSerialNumber()+" ");
}
public int getSerialNumber(){
return serialNumber.getAndIncrement();
}
}
//运行结果
//1 3 2 0 4 6 5 7 8 9 ——> 不会重复
//如果改为：
class AtomicDemo implements Runnable{
private volatile int serialNumber = 0;
// private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.print(getSerialNumber()+" ");
}
public int getSerialNumber(){
return serialNumber++;
// return serialNumber.getAndIncrement();
}
}
//运行结果：
//0 4 3 2 1 0 5 6 7 8 ——> 会产生重复
3.1.2 原子变量
实现全局自增id最简单有效的方式是什么？java.util.concurrent.atomic包定义了一些常见类型的原子变量。这些原子变量为我们提供了一种操作单一变量无锁(lock-free)的线程安全(thread-safe)方式。
实际上该包下面的类为我们提供了类似volatile变量的特性，同时还提供了诸如boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)的功能。
不使用锁实现线程安全听起来似乎很不可思议，这其实是通过CPU的compare and swap指令实现的，由于硬件指令支持当然不需要加锁了。
核心方法：boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)
-
原子变量类的命名类似于AtomicXxx，例如，AtomicInteger类用于表示一个int变量。
-
标量原子变量类
AtomicInteger，AtomicLong和AtomicBoolean类分别支持对原始数据类型int，long和boolean的操作。
当引用变量需要以原子方式更新时，AtomicReference类用于处理引用数据类型。
-
原子数组类
有三个类称为AtomicIntegerArray，AtomicLongArray和AtomicReferenceArray，它们表示一个int，long和引用类型的数组，其元素可以进行原子性更新。
3.2 CAS算法
-
Compare And Swap (Compare And Exchange) / 自旋 / 自旋锁 / 无锁
-
CAS 是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。
-
CAS 是一种无锁的非阻塞算法的实现。
-
CAS 包含了 3 个操作数：
- 需要读写的内存值 V
- 进行比较的值 A
- 拟写入的新值 B
当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V的值，否则不会执行任何操作。
3.2.1 ABA问题
CAS会导致ABA问题，线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B，在此之前，线程2将变量的值由A替换为C，又由C替换为A，然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A，所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了，尽管CAS成功，但可能存在潜藏的问题。
解决办法（版本号 AtomicStampedReference），基础类型简单值不需要版本号
3.2.2 CAS在JAVA中底层的实现
Unsafe
Unsafe类：Java 与 C/C++ 的一个非常明显区别就是，Java 中不可以直接操作内存。当然这并不完全正确，因为 Unsafe 就可以做到。
Unsafe在AtomicInteger中的应用:
class AtomicDemo implements Runnable{
private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.print(getSerialNumber()+" ");
}
public int getSerialNumber(){
return serialNumber.incrementAndGet();
}
}
public final int incrementAndGet() {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + 1;
if (compareAndSet(current, next))
return next;
}
}
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
Unsafe:
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
运用：
package com.mashibing.jol;
import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;
public class T02_TestUnsafe {
int i = 0;
private static T02_TestUnsafe t = new T02_TestUnsafe();
public static void main(String[] args) throws Exception {
//Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
Field f = T02_TestUnsafe.class.getDeclaredField("i");
long offset = unsafe.objectFieldOffset(f);
System.out.println(offset);
boolean success = unsafe.compareAndSwapInt(t, offset, 0, 1);
System.out.println(success);
System.out.println(t.i);
//unsafe.compareAndSwapInt()
}
}
jdk8u: unsafe.cpp:
cmpxchg = compare and exchange
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
oop p = JNIHandles::resolve(obj);
jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END
jdk8u: atomic_linux_x86.inline.hpp
is_MP = Multi Processor
inline jint Atomic::cmpxchg (jint exchange_value, volatile jint* dest, jint compare_value) {
int mp = os::is_MP();
__asm__ volatile (LOCK_IF_MP(%4) "cmpxchgl %1,(%3)"
: "=a" (exchange_value)
: "r" (exchange_value), "a" (compare_value), "r" (dest), "r" (mp)
: "cc", "memory");
return exchange_value;
}
jdk8u: os.hpp is_MP()
static inline bool is_MP() {
// During bootstrap if _processor_count is not yet initialized
// we claim to be MP as that is safest. If any platform has a
// stub generator that might be triggered in this phase and for
// which being declared MP when in fact not, is a problem - then
// the bootstrap routine for the stub generator needs to check
// the processor count directly and leave the bootstrap routine
// in place until called after initialization has ocurred.
return (_processor_count != 1) || AssumeMP;
}
jdk8u: atomic_linux_x86.inline.hpp
#define LOCK_IF_MP(mp) "cmp $0, " #mp "; je 1f; lock; 1: "
最终实现：
cmpxchg = cas修改变量值
lock cmpxchg 指令 //记住这条指令
cmpxchg不能保证原子性，lock保证了原子性（当执行cmpxchg指令时，其他CPU不允许对里面的值进行修改）。
硬件：
lock指令在执行后面指令的时候锁定一个北桥信号（电信号）
（不采用锁总线的方式）
CAS在JAVA中底层的实现是通过 lock cmpxchg来实现的
volatile和synchronized的实现也都跟这条指令有关
3.3 原子性与可见性区别
4 ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对于多线程的操作，介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段” 机制替代 Hashtable 的独占锁，进而提高性能。
4.1 锁粒度
减小锁粒度是指缩小锁定对象的范围，从而减小锁冲突的可能性，从而提高系统的并发能力。减小锁粒度是一种削弱多线程锁竞争的有效手段，这种技术典型的应用是 ConcurrentHashMap(高性能的HashMap)类的实现。对于 HashMap 而言，最重要的两个方法是 get 与 set 方法，如果我们对整个 HashMap 加锁，可以得到线程安全的对象，但是加锁粒度太大。Segment 的大小也被称为 ConcurrentHashMap 的并发度。
4.2 锁分段
ConcurrentHashMap，它内部细分了若干个小的 HashMap，称之为段(Segment)。默认情况下 一个 ConcurrentHashMap 被进一步细分为 16 个段，既就是锁的并发度。
如果需要在 ConcurrentHashMap 中添加一个新的表项，并不是将整个 HashMap 加锁，而是首 先根据 hashcode 得到该表项应该存放在哪个段中，然后对该段加锁，并完成 put 操作。在多线程 环境中，如果多个线程同时进行put操作，只要被加入的表项不存放在同一个段中，则线程间可以做到真正的并行。
4.3 其它
此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：
ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。
-
当期望许多线程访问一个给定 collection 时，ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap， ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。
-
当期望的读数和遍历远远 大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。
4.4 写入并复制
注意：添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。
public class TestCopyOnWriteArrayList {
public static void main(String[] args) {
HelloThread ht = new HelloThread();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(ht).start();
}
}
}
class HelloThread implements Runnable{
private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
// private static CopyOnWriteArrayList list = new CopyOnWriteArrayList<>();
static{
list.add("AA");
list.add("BB");
list.add("CC");
}
@Override
public void run() {
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
System.out.println(it.next());
list.add("AA");
}
}
}
运行会造成并发修改异常ConcurrentModificationException。遍历的列表和添加的都是同一个。
// private static List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
这样不会报错，正常运行。**因为在每次写入时，都会在底层完成一次复制，复制一份新的列表，然后再进行添加。每次写入都会复制。**不会造成并发修改异常，但是效率较低。
添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。
5 CountDownLatch(闭锁)
5.1 概念
CountDownLatch（闭锁）——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。CountDown（倒数）latch（锁）
用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。 一个线程(或者多个)， 等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行。
闭锁可以延迟线程的进度直到其到达终止状态，闭锁可以用来确保某些活 动直到其他活动都完成才继续执行：
- 确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行;
- 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动;
- 等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。
5.2 方法介绍
CountDownLatch最重要的方法是countDown()——倒数 和 await()，前者主要是倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到达0，就只有阻塞等待了。
public class TestCountDownLatch {
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(50); //每次有个线程执行完-1，设置初始值50
LatchDemo ld = new LatchDemo(latch);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 50; i++) {
new Thread(ld).start();
}
try {
latch.await(); //50个线程执行完，才继续执行main线程
} catch (InterruptedException e) {
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));
}
}
class LatchDemo implements Runnable {
private CountDownLatch latch;
public LatchDemo(CountDownLatch latch) {
this.latch = latch;
}
@Override
public void run() {
try {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
} finally {
latch.countDown(); //每次执行完-1，放在finally里确保每次都执行
}
}
}
6 实现 Callable 接口
Java 5.0 在 java.util.concurrent 提供了一个新的创建执行线程的方式：Callable 接口。
Callable 需要依赖FutureTask ，FutureTask 也可以用作闭 锁。
6.1 创建线程的四种方式
无返回：
- 实现Runnable接口，重写run();
- 继承Thread类，重写run();
有返回：
- 实现Callable接口，重写call(),利用FutureTask包装Callable，并作为task传入Thread构造函数；
- 利用线程池；
6.2 Callable的使用
public class TestCallable {
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo td = new ThreadDemo();
//1.执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。
FutureTask<Integer> result = new FutureTask<>(td);
new Thread(result).start();
//2.接收线程运算后的结果
try {
Integer sum = result.get(); //FutureTask 可用于 闭锁
System.out.println(sum);
System.out.println("------------------------------------");
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadDemo implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}
}
7 -Lock 同步锁
在 Java 5.0 之前，协调共享对象的访问时可以使用的机制只有 synchronized 和 volatile 。Java 5.0 后增加了一些新的机制，但并不是一种替代内置锁的方法，而是当内 置锁不适用时，作为一种可选择的高级功能。
ReentrantLock 实现了 Lock 接口，并提供了与 synchronized 相同的互斥性和内存可见性。但相较于 synchronized 提供了更高的处理锁的灵活性。
解决多线程安全问题的三种方式
-
jdk 1.5 前：
-
synchronized：隐式锁
1.同步代码块
2.同步方法
-
-
jdk 1.5 后：
-
3.同步锁 Lock：显式锁
注意：是一个显示锁，需要通过 lock() 方法上锁，必须通过 unlock() 方法进行释放锁
-
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
new Thread(ticket, "1号窗口").start();
new Thread(ticket, "2号窗口").start();
new Thread(ticket, "3号窗口").start();
}
}
class Ticket implements Runnable{
private int tick = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
lock.lock(); //上锁
try{
if(tick > 0){
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票，余票为：" + --tick);
}
}finally{
lock.unlock(); //必须执行 因此放在finally中 释放锁
}
}
}
}
8 Condition 控制线程通信
Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用 法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似，但提供了更强大的功能。需要特别指出的是，单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关联。为了避免兼容性问题，Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。
在 Condition 对象中，与 wait、notify 和 notifyAll 方法对应的分别是 await、signal 和 signalAll。
Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。
8.1 使用Condition
使用Condition控制线程通信：
- 如果不使用synchronized关键字保证同步，而是直接使用Lock对象来保证同步，则系统中不存在隐式的同步监视器，也就不能使用wait() notify() notifyAll()来进行线程通信了
- 当使用lock对象来保证同步时，Java提供了一个Condition类来保持协调，使用Condition可以让那些已经得到lock对象却无法继续执行的线程释放lock对象，Condition对象也可以唤醒其他处于等待状态的进程。
- Condition实例被绑定在一个Lock对象上。要获得Lock实例的Condition实例，调用Lock对象的newCondition()方法即可。
8.2 生产者和消费者案例
public class TestProductorAndConsumerForLock {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Productor pro = new Productor(clerk);
Consumer con = new Consumer(clerk);
new Thread(pro, "生产者 A").start();
new Thread(con, "消费者 B").start();
// new Thread(pro, "生产者 C").start();
// new Thread(con, "消费者 D").start();
}
}
class Clerk {
private int product = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock(); //创建lock对象
private Condition condition = lock.newCondition(); //获得Lock实例的Condition实例
// 进货
public void get() {
lock.lock();
try {
if (product >= 1) { // 为了避免虚假唤醒，应该总是使用在循环中。
System.out.println("产品已满！");
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);
condition.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//售货
public void sale() {
lock.lock();
try {
if (product <= 0) {
System.out.println("缺货！");
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);
condition.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
// 生产者
class Productor implements Runnable {
private Clerk clerk;
public Productor(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
clerk.get(); //调用店员进货方法
}
}
}
// 消费者
class Consumer implements Runnable {
private Clerk clerk;
public Consumer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
clerk.sale(); //调用店员售货方法
}
}
}
9 线程按序交替
要求：编写一个程序，开启 3 个线程，这三个线程的 ID 分别为 A、B、C，每个线程将自己的 ID 在屏幕上打印 10 遍，要 求输出的结果必须按顺序显示。 如：ABCABCABC…… 依次递归
public class TestABCAlternate {
public static void main(String[] args) {
AlternateDemo ad = new AlternateDemo();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
ad.loopA(i);
}
}
}, "A").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
ad.loopB(i);
}
}
}, "B").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
ad.loopC(i);
System.out.println("-----------------------------------");
}
}
}, "C").start();
}
}
class AlternateDemo{
private int number = 1; //当前正在执行线程的标记
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition1 = lock.newCondition();
private Condition condition2 = lock.newCondition();
private Condition condition3 = lock.newCondition();
/**
* @param totalLoop : 循环第几轮
*/
public void loopA(int totalLoop){
lock.lock();
try {
//1. 判断
if(number != 1){
condition1.await(); //线程A等待
}
//2. 打印
for (int i = 1; i <= 1; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i + "\t" + totalLoop);
}
//3. 唤醒
number = 2;
condition2.signal(); //唤醒B线程
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void loopB(int totalLoop){
lock.lock();
try {
//1. 判断
if(number != 2){
condition2.await(); //线程B等待
}
//2. 打印
for (int i = 1; i <= 1; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i + "\t" + totalLoop);
}
//3. 唤醒
number = 3;
condition3.signal(); //唤醒C线程
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void loopC(int totalLoop){
lock.lock();
try {
//1. 判断
if(number != 3){
condition3.await(); //C线程等待
}
//2. 打印
for (int i = 1; i <= 1; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i + "\t" + totalLoop);
}
//3. 唤醒
number = 1;
condition1.signal(); //唤醒A线程
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
10 ReadWriteLock 读写锁
ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作， 另一个用于写入操作。只要没有 writer，读取锁可以由多个 reader 线程同时保持。写入锁是独占的。
ReadWriteLock 读取操作通常不会改变共享资源，但执行写入操作时，必须独占方式来获取锁。对于读取操作占多数的数据结构。 ReadWriteLock 能提供比独占锁更高的并发性。而对于只读的数据结构，其中包含的不变性 可以完全不需要考虑加锁操作。
- 写写/读写 需要“互斥”
- 读读 不需要互斥
public class TestReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
ReadWriteLockDemo rw = new ReadWriteLockDemo();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
rw.set((int)(Math.random() * 101));
}
}, "Write:").start();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
rw.get();
}
}).start();
}
}
}
class ReadWriteLockDemo{
private int number = 0;
private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
//读
public void get(){
lock.readLock().lock(); //上锁
try{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + number);
}finally{
lock.readLock().unlock(); //释放锁
}
}
//写
public void set(int number){
lock.writeLock().lock();
try{
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
this.number = number;
}finally{
lock.writeLock().unlock();
}
}
}
11 线程8锁
判断打印的 “one” or “two” ？
-
- 两个普通同步方法，两个线程，标准打印， 打印结果?
-
- 新增 Thread.sleep() 给 getOne()，打印结果?
-
- 新增普通方法 getThree() , 打印结果?
-
- 两个普通同步方法，两个 Number 对象，打印结果?
-
- 修改 getOne() 为静态同步方法，打印结果?
-
- 修改两个方法均为静态同步方法，一个 Number 对象，打印结果?
-
- 一个静态同步方法，一个非静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果?
-
- 两个静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果?
要想知道上面线程8锁的答案，需要知晓关键所在：
- ① 非静态方法的锁默认为 this（实例对象）, 静态方法的锁为对应的 Class 对象（类对象）。
- ② 某一个时刻，同一个对象，只能有一个线程持有锁，无论几个方法。
- ③ 锁静态方法，某一个时刻，不同实例对象也只能有一个对象持有锁。
public class TestThread8Monitor {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Number number2 = new Number();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
number.getOne();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// number.getTwo();
number2.getTwo();
}
}).start();
// new Thread(new Runnable() {
// @Override
// public void run() {
// number.getThree();
// }
// }).start();
}
}
class Number{
public static synchronized void getOne(){
try {
Thread.sleep(3000);
System.out.println("--过了3秒--");
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("one");
}
public static synchronized void getTwo(){
System.out.println("two");
}
public void getThree(){
System.out.println("three");
}
}
答案：
- 两个普通同步方法，两个线程，一个 Number 对象，标准打印， 打印结果? //one two
- 新增 Thread.sleep() 给 getOne() ,打印结果? // --过了3秒-- one two
- 新增普通方法 getThree() , 打印结果? //three --过了3秒-- one two
- 两个普通同步方法，两个 Number 对象，打印结果? //two --过了3秒-- one
- 修改 getOne() 为静态同步方法，打印结果? //two --过了3秒-- one
- 修改两个方法均为静态同步方法，一个 Number 对象，打印结果? //–过了3秒-- one two
- 一个静态同步方法，一个非静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果? //two --过了3秒-- one
- 两个静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果? //–过了3秒-- one two
12 线程池
12.1 线程池介绍
第四种获取线程的方法：线程池。线程池提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。通常使用 Executors 工厂方法配置。
线程池可以解决两个不同问题：由于减少了每个任务调用的开销，它们通常可以在执行大量异步任务时提供增强的性能，并且还可以提供绑定和管理资源（包括执行任务集时使用的线程）的方法。
12.2 线程池的体系结构
/*
* java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口
* |--ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
* |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
* |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度
* |--ScheduledThreadPoolExecutor ：继承 ThreadPoolExecutor， 实现 ScheduledExecutorService
*/
12.3 工具类 : Executors
为了便于跨大量上下文使用，此类提供了很多可调整的参数和扩展钩子 (hook)。但是，强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法 ：
-
Executors newCachedThreadPool()（缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量，可以进行自动线程回收）
-
Executors newFixedThreadPool(int)（创建固定大小的线程池）
-
Executors newSingleThreadExecutor()（线程池中只有一个线程）
-
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
public class TestThreadPool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. 创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
List<Future<Integer>> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Future<Integer> future = pool.submit(new Callable<Integer>(){
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}
});
list.add(future);
}
pool.shutdown();
for (Future<Integer> future : list) {
System.out.println(future.get());
}
/*ThreadPoolDemo tpd = new ThreadPoolDemo();
//2. 为线程池中的线程分配任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(tpd);
}
//3. 关闭线程池
pool.shutdown();*/
}
// new Thread(tpd).start();
// new Thread(tpd).start();
}
//class ThreadPoolDemo implements Runnable{
//
// private int i = 0;
//
// @Override
// public void run() {
// while(i <= 100){
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i++);
// }
// }
//
//}
12.4 线程调度
- ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
public class TestScheduledThreadPool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Future<Integer> result = pool.schedule(new Callable<Integer>(){
@Override
public Integer call() throws Exception {
int num = new Random().nextInt(100);//生成随机数
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + num);
return num;
}
}, 1, TimeUnit.SECONDS); //延迟线程，延迟时间，时间单位
System.out.println(result.get());
}
pool.shutdown();
}
}
13 ForkJoinPool 分支/合并框架 工作窃取
13.1 Fork/Join 框架
Fork/Join 框架：就是在必要的情况下，将一个大任务，进行拆分(fork)成 若干个小任务（拆到不可再拆时），再将一个个的小任务运算的结果进 行 join 汇总。
13.2 Fork/Join 框架与线程池的区别
采用 “工作窃取”模式（work-stealing）：
当执行新的任务时它可以将其拆分分成更小的任务执行，并将小任务加到线程队列中，然后再从一个随机线程的队列中偷一个并把它放在自己的队列中。
相对于一般的线程池实现，fork/join框架的优势体现在对其中包含的任务的处理方式上。在一般的线程池中，如果一个线程正在执行的任务由于某些原因无法继续运行，那么该线程会处于等待状态。而在fork/join框架实现中， 如果某个子问题由于等待另外一个子问题的完成而无法继续运行。那么处理该子问题的线程会主动寻找其他尚未运行的子问题来执行。这种方式减少了 线程的等待时间，提高了性能。
public class TestForkJoinPool {
public static void main(String[] args) {
Instant start = Instant.now();
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinSumCalculate(0L, 5000000000L);
Long sum = pool.invoke(task);
System.out.println(sum);
Instant end = Instant.now();
System.out.println("耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//2709 拆分也需要时间
}
@Test
public void test1(){
Instant start = Instant.now();
long sum = 0L;
for (long i = 0L; i <= 5000000000L; i++) {
sum += i;
}
System.out.println(sum);
Instant end = Instant.now();
System.out.println("for耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//2057
}
//java8 新特性
@Test
public void test2(){
Instant start = Instant.now();
Long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 5000000000L)
.parallel()
.reduce(0L, Long::sum);
System.out.println(sum);
Instant end = Instant.now();
System.out.println("java8 新特性耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//1607
}
}
class ForkJoinSumCalculate extends RecursiveTask<Long>{
/**
*
*/
private static final long serialVersionUID = -259195479995561737L;
private long start;
private long end;
private static final long THURSHOLD = 10000L; //临界值
public ForkJoinSumCalculate(long start, long end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected Long compute() {
long length = end - start;
if(length <= THURSHOLD){
long sum = 0L;
for (long i = start; i <= end; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}else{
long middle = (start + end) / 2;
ForkJoinSumCalculate left = new ForkJoinSumCalculate(start, middle);
left.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列
ForkJoinSumCalculate right = new ForkJoinSumCalculate(middle+1, end);
right.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列
return left.join() + right.join();
}
}
}