JUC并发编程

JUC并发编程

1、什么是JUC

JUC是java.util.concurrent的简写，即java并发编程工具包。在jdk官方手册中可以看到juc相关的jar包有三个。

实现多线程有三种方式：Thread、Runnable、Callable，其中Callable就位于concurrent包下

业务∶普通的线程代码Thread

Runnable 没有返回值、效率相比于Callable相对较低！

2、线程和进程

**进程：**一个程序，程序的集合。如QQ.exe，Music.exe

一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个！

java 默认有几个线程？ 2个：main、GC

线程：开了一个线程Typora， 写字，自动保存（线程负责的）

对于Java而言：Thread、Runnable、Callable

Java真的可以开启线程吗？ 开不了

public synchronized void start() {
    /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
     */
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    /* Notify the group that this thread is about to be started
     * so that it can be added to the group's list of threads
     * and the group's unstarted count can be decremented. */
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}
// 本地方法，底层的C++，Java 无法直接操作硬件
private native void start0();

并发、并行

并发编程：并发、并行

并发（多线程操作同一个资源）

• CPU 一核，模拟出来多条线程，快速交替

并行（多个人一起行走）

• CPU 多核，多个线程可以同时执行；

并发编程的本质：充分利用CPU的资源

举例理解：

你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。

你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。 （不一定是同时的）

你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。

并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。

并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。

所以我认为它们最关键的点就是：是否是『同时』

package com.llh.demo01;

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取CPU的核数
        // CPU 密集型，IO 密集型
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    }
}

线程有几个状态

public enum State {

    // 新生
    NEW,

    // 运行
    RUNNABLE,

    // 阻塞
    BLOCKED,

    // 等待，死死地等
    WAITING,

    // 超时等待
    TIMED_WAITING,

    // 终止
    TERMINATED;
}

wait / sleep 区别

一句话：

sleep 是 Thread 的静态方法，可以在任何地方调用；wait 是 Object 的成员方法，只能在 synchronized 代码块中调用，否则会报 IllegalMonitorStateException 非法监控状态异常； sleep 不会释放共享资源锁，wait 会释放共享资源锁。

1、来自不同的类

wait => Object，作用于对象本身

sleep => Thread，作用于当前线程

2、关于锁的释放

wait 会释放锁

sleep 睡觉了，抱着锁睡觉，不会释放！

3、使用范围不同

wait ： 必须在同步代码块中

sleep ： 可以在任何地方睡

4、方法属性

wait 是实例方法

sleep 是静态方法

5、是否需要捕获异常

wait 不需要捕获异常

sleep 必须要捕获异常

wait 一般是 InterruptedException 中断异常，所有的线程都会有！

图片描述

3、Lock锁（重点）

传统Synchronized

package com.llh.demo01;

// 基本的卖票例子

/**
 * 真正的多线程开发，是公司中的开发
 * 线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作！
 * 1、属性、方法
 */
public class SaleTicketDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发：多个线程操作同一个资源类，把资源类丢入线程
        Ticket ticket= new Ticket();

        // @FunctionalInterface  函数式接口，jdk1.8  lambda表达式(参数)->{代码}
        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"C").start();
    }
}

// 资源类  OOP
class Ticket{
    // 属性、方法
    private int num = 30;
    public synchronized void sale(){
        if(num > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (num--) + "票，剩余" + num);

        }
    }
}

lock 接口

l.lock() 加锁

l.unlock() 解锁

ReentrantLock 可重入锁（常用），ReentrantReadWriteLock.ReadLock（读锁） ， ReentrantReadWriteLock.WriteLock（写锁）

公平锁：十分公平，可以先来后到

非公平锁：十分不公平，可以插队，因为是按CPU来的。

（ReentrantLock默认的是非公平锁，当然也可以调用无参构造函数调整）

/**
 * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
 * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
 */
public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

/**
 * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
 * given fairness policy.
 *
 * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
 */
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();          # sync = fair的结果为true就是公平锁，flase就是非公平锁
}

案例：

package com.llh.demo01;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SaleTicketDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发：多个线程操作同一个资源类，把资源类丢入线程
        Ticket2 ticket= new Ticket2();

        // @FunctionalInterface  函数式接口，jdk1.8  lambda表达式(参数)->{代码}
        new Thread(() -> { for (int i = 1; i < 40; i++) ticket.sale(); },"A").start();
        new Thread(() -> { for (int i = 1; i < 40; i++) ticket.sale(); },"B").start();
        new Thread(() -> { for (int i = 1; i < 40; i++) ticket.sale(); },"C").start();
    }
}

// Lock三部曲
// 1、 new ReentrantLock();
// 2、lock.lock();   // 加锁
// 3、finally=>  lock.unlock();   // 解锁
class Ticket2{
    // 属性、方法
    private int num = 30;
    Lock lock = new ReentrantLock();

    public synchronized void sale(){

        lock.lock();  // 加锁

        try {
            // 业务代码
            if(num > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (num--) + "票，剩余" + num);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();    // 解锁
        }
    }
}

Synchronized 和 Lock 区别

1、Synchronized 内置的 Java关键字， Lock 是一个接口

2、synchronized可以作用于方法上，lock只能作用于方法块；

3、Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是否取到了锁

4、Synchronized 会自动释放锁， Lock 必须要手动释放锁！如果不释放锁，死锁

（synchronized使用了object类的wait和notify进行等待和唤醒,，lock使用了condition接口进行等待和唤醒(await和signal)）

5、Synchronized 线程1（获取锁，阻塞）、线程2（等待，傻傻的等）；Lock 锁就不一定会等待下去（lock.tryLock())

6、Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平锁；Lock，可重入锁，可以判断锁，非公平（可以自己设置）

（synchronized只支持非公平锁，lock支持非公平锁和公平锁；

synchronized是阻塞式加锁，lock是非阻塞式加锁，支持可中断式加锁，支持超时时间的加锁）

7、Synchronized 适合锁少量的代码同步问题，Lock 适合锁大量的同步代码！

4、生产者和消费者问题

面试的：单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁

传统的synchronized实现（wait 和 notify）

package com.llh.pc;

/**
 * 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！  等待唤醒，通知唤醒
 * 线程交替执行  A  B  操作同一个变量  num = 0
 * A  num+1
 * B  num-1
 */
public class pc1 {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "A").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();

    }
}
// 判断等待，业务，通知
class Data {      // 数字  资源类

    private int num = 0;

    // +1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        if (num != 0) {
            // 等待
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
        // 通知其他线程，我+1完毕了
        this.notifyAll();
    }

    // -1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        if (num == 0) {
            // 等待
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
        // 通知其他线程，我-1完毕了
        this.notifyAll();
    }
}

输出结果：

A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0

如果有 A，B，C，D 4个线程，就会发现虚假唤醒

new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        try {
            data.increment();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}, "A").start();

new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        try {
            data.decrement();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}, "B").start();

new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        try {
            data.increment();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}, "C").start();

new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        try {
            data.decrement();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}, "D").start();

}

输出结果出现了2和3

虚假唤醒的解决办法：if 改为 while 判断，if只会判断一次（官方文档建议，等待应该总是出现在循环中）

原因分析：因为在减1之后会唤醒所有线程，而这里有两个生产者,所以这两个生产者都被唤醒后就会直接执行if语句后的+1

package com.llh.pc;

public class pc1 {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "A").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "C").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "D").start();

    }
}
// 判断等待，业务，通知
class Data {      // 数字  资源类

    private int num = 0;

    // +1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while (num != 0) {
            // 等待
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
        // 通知其他线程，我+1完毕了
        this.notifyAll();
    }

    // -1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        while (num == 0) {
            // 等待
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
        // 通知其他线程，我-1完毕了
        this.notifyAll();
    }
}

输出结果只有1和0，但是并不是（A执行完了通知B，B执行完了通知C，C执行完了通知D，D执行完了通知A）！

JUC 版的生产者和消费者问题（await 和 signal）

使用Lock和Condition实现

package com.llh.pc;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class pc2 {
    public static void main(String[] args) {
        Data2 data = new Data2();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "A").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "C").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "D").start();

    }
}
// 判断等待，业务，通知
class Data2 {      // 数字  资源类

    private int num = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();

//    condition.await();      // 等待
//    condition.signal();     // 唤醒全部

    // +1
    public  void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();

        try {
            while (num != 0) {
                // 等待
                condition.await();
            }
            num++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
            // 通知其他线程，我+1完毕了
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }


    }

    // -1
    public  void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();

        try {
            while (num == 0) {
                // 等待
                condition.await();
            }
            num--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
            // 通知其他线程，我-1完毕了
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出结果只有1和0，但并不是（A执行完了通知B，B执行完了通知C，C执行完了通知D，D执行完了通知A）！

任何一个新的技术，绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术，肯定会有优势和补充!

Condition 精准的通知和唤醒线程

问题：随机的通知

正常情况应该是有序执行（A B C）

package com.llh.pc;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author llh
 * A 执行完调用 B，B 执行完调用 C，C 执行完调用 A
 */
public class pc3 {

    public static void main(String[] args) {
        Data3 data = new Data3();
        new Thread(()->{
            for (int i = 1; i < 5; i++) {
                data.printA();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 1; i < 5; i++) {
                data.printB();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 1; i < 5; i++) {
                data.printC();
            }
        },"C").start();
    }
}

class Data3{   // 资源类  Lock
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int num = 1;  // 1A  2B  3C
    public void printA() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务：判断-> 执行-> 通知
            while (num!=1){
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "=>AAAAAA");
            // 唤醒，唤醒指定的人，B
            num = 2;
            condition2.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }
    public void printB() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务：判断-> 执行-> 通知
            while (num!=2){
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "=>BBBBBB");
            // 唤醒，唤醒指定的人，C
            num = 3;
            condition3.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void printC() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务：判断-> 执行-> 通知
            while (num!=3){
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + "=>CCCCCC");
            // 唤醒，唤醒指定的人，A
            num = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

}

输出顺序：ABCA…

虚假唤醒问题

线程也可以唤醒，而不会被通知，中断或超时，即所谓的虚假唤醒

只生产了一个，本来就只需要一个消费者，但是却唤醒了一群消费者，只有一个的时候才可以用notifyAll和signalAll。既然不知道唤醒哪个，那么都唤醒，进而就产生了其他的消费者就虚假唤醒了，所以才需要使用while来多次判断条件。补充一点，虚假唤醒也可以唤醒其他的生产者线程，也会导致重复生产的问题。所以最好的解决办法就是精准唤醒。

5、8锁现象

如何判断锁的是谁！对象还是Class，下面分析一下8锁现象

现象一

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 8锁，就是关于锁的8个问题
 * 1、标准情况下，两个线程先打印 发短信 还是打电话?  1/发短信  2/打电话
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

        // phone.sendSms();
        new Thread(()->{
            phone.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone.call();
        },"A").start();
    }
}

class Phone{

    // synchronized 锁的对象是方法的调用者!
    // 两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁执行!
    public synchronized void sendSms(){
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call(){
        System.out.println("打电话");
    }
}

运行结果：

发短信
打电话

（原因：synchronized 锁的对象是方法的调用者！两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁执行！）

现象二：让sendSms()方法休眠4秒

public synchronized void sendSms(){
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("发短信");
}

运行结果还是一样：

发短信
打电话

（原因同上）

现象三

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 3、增加了一个普通方法后!先执行发短信还是Hello ?
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone2 phone = new Phone2();

        // 锁的存在
        new Thread(()->{
            phone.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone.hello();
        },"A").start();
    }
}

class Phone2 {

    // synchronized 锁的对象是方法的调用者!
    public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

    // 这里没有锁！不是同步方法,是普通方法，不受锁的影响
    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

运行结果：

hello
发短信

（原因：普通方法不受锁的影响）

现象四

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 3、增加了一个普通方法后!先执行发短信还是Hello ?   普通方法
 * 4、两个对象，两个同步方法，发短信还是打电话?   // 打电话
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象，两个调用者，两把锁！
        Phone2 phone1 = new Phone2();
        Phone2 phone2 = new Phone2();

        // 锁的存在
        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"A").start();
    }
}

class Phone2 {

    // synchronized 锁的对象是方法的调用者!
    public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

运行结果为：

打电话
发短信

（原因：两个对象，两个调用者，两把锁。发短信方法里睡眠了4秒）

现象五

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 5、增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打印 发短信? 打电话? 
 */
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone3 phone = new Phone3();

        // 锁的存在
        new Thread(()->{
            phone.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone.call();
        },"A").start();
    }
}

// Phone3 唯一的一个class 对象
class Phone3 {

    // synchronized 锁的对象是方法的调用者!
    // static  静态方法
    // 类一加载就有了！锁的是Class (类锁)
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public static synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

运行结果为：

发短信
打电话

（原因：有static关键字说明是静态方法，类一加载就有了，加了synchronized关键字，说明锁的是Class（类锁），Phone3 是 唯一的一个class（Phone.Class）的 对象）

现象六

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 5、增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打印 发短信? 打电话? 
 * 6、两个对象！增加两个静态的同步方法,|先打印发短信?打电活?
 */
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {

        // 两个对象的Class类模板只有1个，只要加了static，就是类锁
        Phone3 phone1 = new Phone3();
        Phone3 phone2 = new Phone3();

        // 锁的存在
        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"A").start();
    }
}

// Phone3 唯一的一个class 对象
class Phone3 {

    // synchronized 锁的对象是方法的调用者!
    // static  静态方法
    // 类一加载就有了！锁的是Class (类锁)
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public static synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

}

运行结果为：

发短信
打电话

（原因：有static关键字说明是静态方法，类一加载就有了，加了synchronized关键字，说明锁的是Class（类锁），Phone3 是 唯一的一个class（Phone.Class）的 对象，两个对象的Class类模板只有1个）

现象七

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 *7、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法，一个对象，先打印 发短信？ 打电话？
 */
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {

        // 两个对象的类模板只有一个，static，锁的是Class
        Phone4 phone = new Phone4();

        // 锁的存在
        new Thread(()->{
            phone.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone.call();
        },"A").start();
    }
}


class Phone4 {

    // 静态的同步方法 锁的是 Class 类模板
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    // 普通的同步方法 锁的对象是方法的调用者
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

}

运行结果为：

打电话
发短信

（原因：普通的同步方法，锁的对象是方法的调用者；静态的同步方法，锁的是 Class 类模板）

现象八

package com.llh.lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 *7、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法，一个对象，先打印 发短信？ 打电话？
 *8、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法，两个对象，先打印 发短信？ 打电话？
 */
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {

        // 两个对象的类模板只有一个，static，锁的是Class
        Phone4 phone1 = new Phone4();
        Phone4 phone2 = new Phone4();

        // 锁的存在
        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();

        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"A").start();
    }
}


class Phone4 {

    // 静态的同步方法 锁的是 Class 类模板
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    // 普通的同步方法 锁的调用者
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

}

运行结果为：

打电话
发短信

（原因：普通的同步方法，锁的对象是方法的调用者；静态的同步方法，锁的是 Class 类模板，故不受创建对象的数量的影响！）

小结

new：this，具体的一个手机
static：Class，唯一的—个模板

6、集合类不安全

6.1、List 不安全

并发下 ArrayList 不安全的

package com.llh.unsafe;

import java.util.*;

// java.util.ConcurrentModificationException  并发修改异常
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发下 ArrayList 不安全的
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            }).start();
       }

    }
}

解决方案

/*
1. List list = = new Vector<>();
2. List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
3. List list = new CopyOnWriteArrayList<>();
*/

CopyOnWrite 写入时复制 COW 计算机程序设计领域的一种优化策咯；

多个线程调用的时候，list，读取的时候，是固定的，但是写入的时候，后面写的有可能会覆盖前面写入的）

CopyOnWrite在写入的时候避免了覆盖造成的数据问题！

CopyOnWriteArrayList 比 Vector 厉害在哪里？

不是锁的问题。是读写性能的问题，Vector所有的操作都有锁，但是CopyOnWrite读操作是没有锁的！在开发中读比写更频繁，所以说cow好在这里，另外还有一个有点是数组扩容问题。cow不需要扩容。在资源竞争不是很激烈的情况下，Synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，Synchronized的性能会下降几十倍，但是ReetrantLock的性能能维持常态。jdk8中CopyOnwriteArrayList底层是ReetrantLock锁，Vector底层是使用synchronized关键字来实现的。在jdk11中CopyOnWriteArrayList也使用的是synchronized锁，Vector底层是使用synchronized关键字来实现的。

package com.llh.unsafe;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {

        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

6.2、Set 不安全

并发下Set 是不安全的

package com.llh.unsafe;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;

/**
 * 同理可证： ConcurrentModificationException
 */
public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<>();

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(()->{
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

解决方案

/*
1、Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
2、Set set = new CopyOnWriteArraySet<>();
*/

代码实现

package com.llh.unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

/**
 * 同理可证： ConcurrentModificationException
 */
public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
//        Set set = new HashSet<>();
//        Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(()->{
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

hashSet 底层是什么？

public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

// add方法中可以看到，set 本质就是 map ，map 的 key 是无法重复的，所以 set 是无序的！
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}
    private static final Object PRESENT = new Object();  // PRESENT 不变的值！

6.3、Map 不安全

并发下Map 是不安全的

package com.llh.unsafe;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;

// ConcurrentModificationException
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // map 是这样用的吗？ 不是，工作中不用 HashMap
        // 默认等价于什么？  new HashMap<>(16,0.75);  16是初始化容量，0.75是默认加载因子
       Map<String,String> map = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(map);
            }).start();
        }
    }
}

解决方案

/*
1、Map map = new ConcurrentHashMap<>();
2、Map map = new ConcurrentHashMap<>();
*/

代码实现

package com.llh.unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

// ConcurrentModificationException
// 解决方案
// 1、Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
// 2、Map map = new ConcurrentHashMap<>();
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // map 是这样用的吗？ 不是，工作中不用 HashMap
        // 默认等价于什么？  new HashMap<>(16,0.75);  16是初始化容量，0.75是默认加载因子
        // Map map = new HashMap<>();
        // Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
        Map<String,String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(map);
            }).start();
        }
    }
}

ConcurrentHashMap不能接受null的key和null的value，会抛出空指针异常！

7、Callable（简单）

FutureTask实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture接口继承了Runnable接口和Future接口。

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V>

所以他就是一个适配类，负责在new Thread()中可以使用Callable。用的适配器设计模式的思想。

Callable特点：

1、可以有返回值

2、可以抛出异常

3、Callable：重写call()方法

代码测试

package com.llh.callable;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // new Thread(new Runnable()).start();
        // new Thread(new FutureTask()).start();
        // new Thread(new FutureTask( Callable )).start();
        new Thread().start();  // 怎么启动Callable
        MyThread thread = new MyThread();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(thread);  // 适配类

        new Thread(futureTask,"A").start();
        
        Integer o = (Integer) futureTask.get();  // 获取 Callable 的返回结果
        System.out.println(o);
    }
}

class MyThread implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("call()");
        return 1234;
    }
}

运行结果为：

call()
1024

如果实现的Callable方法里面有做耗时的操作，那get方法可能会产生阻塞，所以我们一般把它放到最后，或者使用异步通信来处理。

如果再增加一个线程：new Thread(futureTask,“B”).start();

运行结果不变。

原因：

第一个线程执行完之后，FutureTask的state已经不是NEW了，callable变为null了。又因为我们两个线程用的FutureTask的同一个实例，所以第二个线程执行的时候，run()方法的 if 判断里发现state不为NEW时，直接return了。所以只有第一个线程执行的时候有返回值。

FutureTask源码解析

public FutureTask(Callable<V> callable) {
    if (callable == null)
        throw new NullPointerException();
    this.callable = callable;
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

既然FutureTask间接的实现了Runnable接口，所以FutureTask里面肯定实现重写了run方法，所以线程启动执行，还是走的FutureTask的run方法，好，我们来看看他的run方法：

public void run() {
    if (state != NEW ||
        !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                     null, Thread.currentThread()))
        return;
    try {
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            boolean ran;
            try {
                result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                result = null;
                ran = false;
                setException(ex);
            }
            if (ran)
                set(result);
        }
    } finally {
        // runner must be non-null until state is settled to
        // prevent concurrent calls to run()
        runner = null;
        // state must be re-read after nulling runner to prevent
        // leaked interrupts
        int s = state;
        if (s >= INTERRUPTING)
            handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
}

state为NEW，所以方法往下执行到是set(result)，我们来看下set方法

protected void set(V v) {
    if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
        outcome = v;
        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
        finishCompletion();
    }
}

最后执行的是finishCompletion()方法，我们再看下finishCompletion()源码

private void finishCompletion() {
    // assert state > COMPLETING;
    for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
        if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
            for (;;) {
                Thread t = q.thread;
                if (t != null) {
                    q.thread = null;
                    LockSupport.unpark(t);
                }
                WaitNode next = q.next;
                if (next == null)
                    break;
                q.next = null; // unlink to help gc
                q = next;
            }
            break;
        }
    }

    done();

    callable = null;        // to reduce footprint
}

最后这个方法把callable 置为了 null 。

总结：最后说一句，人家是故意这样开发的，这样开发的目的就是为了提高效率，因为对于返回值总是不变的，我们总是要考虑把他缓存一下，下一次的时候，直接把值返回出去，就不用再进行计算了，大大的提高了效率。

8、多线程常见的辅助类（必会）

8.1、CountDownLatch

允许一个或多个线程等待直到在其他线程中执行的一组操作完成的同步辅助。

A CountDownLatch用给定的计数初始化。await方法阻塞，直到由于countDown()方法的调用而导致当前计数达到零，之后所有等待线程被释放，并且任何后续的await调用立即返回。这是一个一次性的现象，计数无法重置。 如果您需要重置计数的版本，请考虑使用CyclicBarrier。

ACountDownLatch是一种通用的同步工具，可用于多种用途。一个CountDownLatch为一个计数的CountDownLatch用作一个简单的开/关锁存器，或者门：所有线程调用await在门口等待，直到被调用countDown()的线程打开。 一个CountDownLatch初始化N可以用来做一个线程等待，直到N个线程完成某项操作，或某些动作已经完成N次。
CountDownLatch一个有用的属性是，它不要求调用countDown线程等待计数到达零之前继续，它只是阻止任何线程通过await，直到所有线程可以通过。

减法计数器

package com.llh.add;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

// 计数器
public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 总数是6，必须要执行任务的时候，再使用！
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Go out");
                countDownLatch.countDown();   // 数量-1
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch.await();  // 等待计数器归零，然后再向下执行

        System.out.println("Close Door");

    }
}

运行结果：

2 Go out
1 Go out
3 Go out
4 Go out
6 Go out
5 Go out
Close Door

原理：

countDownLatch.countDown(); // 数量-1

countDownLatch.await(); // 等待计数器归零，然后再向下执

每次有线程调用countDown()数量 -1，假设计数器变为0 ， countDownLatch.await()就会被唤醒，继续执行!

8.2、CycliBarrier

允许一组线程全部等待彼此达到共同屏障点的同步辅助。循环阻塞在涉及固定大小的线程方的程序中很有用，这些线程必须偶尔等待彼此。 屏障被称为循环，因为它可以在等待的线程被释放之后重新使用。
A CyclicBarrier支持一个可选的Runnable命令，每个屏障点运行一次，在派对中的最后一个线程到达之后，但在任何线程释放之前。在任何一方继续进行之前，此屏障对更新共享状态很有用。

加法计数器

package com.llh.add;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
    /**
     * 集齐7颗龙珠召唤神龙
     * @param args
     */
    // 召唤龙珠的线程
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,()->{
            System.out.println("召唤神龙成功！");
        });

        for (int i = 1; i <= 7; i++) {
            final int temp = i;
            // lambda 能操作到 i 吗
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + temp + "个龙珠");
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

运行结果：

Thread-0收集1个龙珠
Thread-2收集3个龙珠
Thread-1收集2个龙珠
Thread-4收集5个龙珠
Thread-3收集4个龙珠
Thread-5收集6个龙珠
Thread-6收集7个龙珠
召唤神龙成功！

8.3、Semaphore

Semaphore：一个计数信号量。在概念上，信号量维持一组许可证。如果有必要，每个acquire()都会阻塞，直到许可证可用，然后才能使用它。每个release()添加许可证，潜在地释放阻塞获取方。但是，没有使用实际的许可证对象；Semaphore只保留可用量的计数，并相应地执行。
信号量通常用于限制线程数，而不是访问某些（物理或逻辑）资源。

示例：抢车位

6车 – 3个停车位置

package com.llh.add;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程数量，停车位！限流！
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(()->{
                // acquire() 得到
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到车位");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"离开车位");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release();  // release() 释放
                }

            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

运行结果：

1抢到车位
3抢到车位
2抢到车位
1离开车位
3离开车位
2离开车位
4抢到车位
6抢到车位
5抢到车位
4离开车位
6离开车位
5离开车位

原理：

semaphore.acquire(); 获得，假设如果已经满了，等待，等待被释放为止！

semaphore.release(); 释放，会将当前的信号量释放 + 1，然后唤醒等待的线程！

作用：多个共享资源互斥的作用！并发限流，控制最大的线程数！

9、读写锁

ReadWriteLock

A ReadWriteLock维护一对关联的locks，一个用于只读操作，一个用于写入。read lock可以由多个阅读器线程同时进行，只要没有作者。
write lock是独家的。

总结：读可以被多线程同时读，写的时候只能有一个线程去写。

package com.llh.rw;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 独占锁（写锁）  一次只能被一个线程占有
 * 共享锁（读锁）  多个线程可以同时占有
 * ReadWriteLock
 * 读-读   可以共存！
 * 读-写   不能共存！
 * 写-写   不能共存！
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();

        // 写入
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int temp = i ;
            new Thread(()->{
              myCache.put(temp+"",temp+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        // 读取
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int temp = i ;
            new Thread(()->{
                myCache.get(temp+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

// 加锁的
class MyCacheLock{

    private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
    // 读写锁:  更加细粒度的控制
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    // 存，写，写入的时候，只希望同时只有一个线程写
    public void put(String key,Object value){
        readWriteLock.writeLock().lock();

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }

    }
    // 取，读，所有人都可以读！
    public void get(String key){
        readWriteLock.readLock().lock();

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
            Object o = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }
}

/**
 * 自定义缓存
 */
class MyCache{
    private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();

    // 存，写
    public void put(String key,Object value){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
        map.put(key,value);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");
    }
    // 取，读
    public void get(String key){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
        Object o = map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");
    }
}

MyCache myCache = new MyCache();的运行结果：

1写入1
4写入4
4写入OK
5写入5
3写入3
2写入2
2写入0K
3写入0K
5写入0K
1写入OK
1读取1
......

MyCacheLock myCacheLock= new MyCacheLock();的运行结果：

1写入1
1写入OK
5写入5
5写入OK
2写入2
2写入OK
3写入3
3写入0K
4写入4
4写入OK
4读取4
2读取2
2读取OK
......

根据运行结果，我们发现，加了读写锁，写入的时候不会被插队，读取的时候才有可能会被插队（但是这个没关系）

10、阻塞队列

10.1、BlockingQueue

队列特点：FIFO（先进先出）

写入：如果队列满了，就必须阻塞等待

取：如果队列是空的，必须阻塞等待生产

所以这两个情况不得不阻塞

什么情况下我们会使用阻塞队列： 多线程并发处理，线程池！

Interface BlockingQueue

All Super interfaces：

Collection , Iterable , Queue

All Known Subinterfaces：

BlockingDeque , TransferQueue

所有已知实现类：

ArrayBlockingQueue , DelayQueue , LinkedBlockingDeque , LinkedBlockingQueue , LinkedTransferQueue , PriorityBlockingQueue , SynchronousQueue（同步队列）

四组API

方式	抛出异常	有返回值，不抛出异常	阻塞 等待	超时等待
添加	add()	offer()	put()	offer(,)
移除	remove()	poll()	take()	poll(,)
检测队首元素	element()	peek()	-	-

1、抛出异常

2、不会抛出异常

3、阻塞等待

4、超时等待

/**
 * 抛出异常
 */
public static void test1(){
    // 队列的大小
    ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

    System.out.println(blockingQueue.add("a"));
    System.out.println(blockingQueue.add("b"));
    System.out.println(blockingQueue.add("c"));

    // 添加了3个元素后，尝试再添加一个元素，抛出异常：IllegalStateException: Queue full(意思是队列已满)
    // System.out.println(blockingQueue.add("d"));

    System.out.println(blockingQueue.element()); // 查看队首元素是谁
    System.out.println("====================");

    System.out.println(blockingQueue.remove());
    System.out.println(blockingQueue.remove());
    System.out.println(blockingQueue.remove());

    // 移除了3个元素后，尝试再移除一个元素，抛出异常：java.util.NoSuchElementException(意思是没有元素了)
    // System.out.println(blockingQueue.remove());
}

/**
 * 有返回值，没有异常
 */
public static void test2(){
    // 队列的大小
    ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

    System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
    System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
    System.out.println(blockingQueue.offer("c"));

    System.out.println(blockingQueue.peek());
    // System.out.println(blockingQueue.offer("d"));  // false 不抛出异常
    System.out.println("==============================");
    System.out.println(blockingQueue.poll());
    System.out.println(blockingQueue.poll());
    System.out.println(blockingQueue.poll());
    System.out.println(blockingQueue.poll()); // null 不抛出异常！
}

/**
 *等待，阻塞（一直阻塞）
 */
public static void test3() throws InterruptedException {
    // 队列的大小
    ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

    // 一直阻塞
    blockingQueue.put("a");
    blockingQueue.put("b");
    blockingQueue.put("c");

    // blockingQueue.put("d");  // 队列没有位置了，一直阻塞
    System.out.println("==============================");
    blockingQueue.take();
    blockingQueue.take();
    blockingQueue.take();
    blockingQueue.take();  // null ，没有这个元素

}

/**
 *等待，阻塞（等待超时）
 */
public static void test4() throws InterruptedException {
    // 队列的大小
    ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

    blockingQueue.offer("a");
    blockingQueue.offer("b");
    blockingQueue.offer("c");

    // blockingQueue.offer("d",2, TimeUnit.SECONDS);  // 等待超过2秒就退出
    System.out.println("==============================");

    blockingQueue.poll();
    blockingQueue.poll();
    blockingQueue.poll();
    blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS);  // 等待超过2秒就退出
}

10.2、SynchronousQueue 同步队列

进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素！

put 和 take

package com.llh.bq;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 同步队列
 * 和其他的 BLockingQueue 不一样，SynchronousQueue不存储元素
 * put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能再put进去值!
 */
public class SynchronousQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队列

        new Thread(()->{
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 1");
                blockingQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 2");
                blockingQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 3");
                blockingQueue.put("3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T1").start();

        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + blockingQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T2").start();
    }
}

运行结果为：

T1 put 1
T2=>1
T1 put 2
T2=>2
T1 put 3
T2=>3

11、线程池（重点）

池化技术

程序的运行，本质：占用系统的资源！使用池化技术来优化资源的使用！

线程池、连接池、内存池、对象池/// … 创建、销毁。十分浪费资源

池化技术：事先准备好一些资源，有人要用，就来我这里拿，用完之后还给我。

线程池的好处：

1、降低资源的消耗

2、提高响应的速度

3、方便管理

线程复用、可以控制最大并发数、管理线程

线程池：三大方法

package com.llh.pool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

// Executors  工具类、三大方法
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
//        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();// 单个线程
//        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);  // 创建一个固定的线程池的大小
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();  // 可伸缩的，遇强则强，遇弱则弱

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

newSingleThreadExecutor()的运行结果：可以发现最多只有1个线程并发

pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-1 ok

newFixedThreadPool(5)的运行结果：可以发现最多可以有5个线程并发

pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-5 ok
pool-1-thread-4 ok
pool-1-thread-3 ok
pool-1-thread-2 ok
pool-1-thread-3 ok
pool-1-thread-4 ok
pool-1-thread-5 ok
pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-2 ok

newCachedThreadPool()的运行结果：当 for 循环里 i < 10 时，可以发现最多可以有10个线程并发；当 for 循环里 i < 100 时，可以发现最多可以有31个线程并发，并未达到100个线程并发（这个取决于CPU，如果CPU足够快的话，是能达到的）

pool-1-thread-1 ok
pool-1-thread-4 ok
pool-1-thread-3 ok
pool-1-thread-2 ok
pool-1-thread-5 ok
pool-1-thread-6 ok
pool-1-thread-7 ok
pool-1-thread-8 ok
pool-1-thread-9 ok
pool-1-thread-10 ok

三个创建线程方法的源码分析

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

通过分析源码，发现三大方法的本质都是：ThreadPoolExecutor()

所以，阿里规约强调：

【强制】线程池不允许使用Executors 去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

说明：Executors 返回的线程池对象的弊端如下：

1）FixedThreadPool和 SingleThreadPool：允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。

2）CachedThreadPool和 ScheduledThreadPool：允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

（注：Integer.MAX_VALUE 约为21亿）

ThreadPoolExecutor()的7大参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心线程池大小
                          int maximumPoolSize, // 最大核心线程池大小
                          long keepAliveTime, // 超时时间，没有人调用就会释放
                          TimeUnit unit, // 超时单位
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂，创建线程的，一般不用动 
                          RejectedExecutionHandler handler // 拒绝策略) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

举个例子方便理解：

一开始只开发了1和2窗口，候客区满了之后，才开放3、4、5窗口

（说明核心线程数2，最大线程数5）

手动创建一个线程池

package com.llh.pool;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); // 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常
 * new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  // 哪里来的去哪里！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());  // 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());  // 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义线程池！工作 ThreadPoolExecutor
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());  // 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！

        try {
            // 最大承载：Deque + max
            // 超过  RejectedExecutionException
            for (int i = 1; i <= 9; i++) {
                // 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }

    }
}

4种拒绝策略

/**
 * new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); // 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常
 * new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  // 哪里来的去哪里！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());  // 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());  // 队列满了，把队列最靠前的任务丢弃，重新尝试执行当前任务，也不会抛出异常！（不一定成功）
 */

可以理解追女孩的为4种下场：1、被丑拒；2、被发好人卡 ；3、默默离开；4、做舔狗

小结和拓展

池的最大的大小（maximumPoolSize）如何去设置！

调优：IO密集型 / CPU密集型

最大线程到底该如何定义？
1、CPU 密集型，几核的电脑，就是最多支持几个线程并发，可以保持CPU的效率最高！
2、IO 密集型 > 判断你程序中十分耗 IO 的线程有几个，一般设置2倍就可以了（例：当程序中有15个大型任务时，IO十分占用资源！，就可以设置为30）

// 获取CPU的核数
// CPU核数 = 线程数 - maximumPoolSize
System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());  // 5

12、四大函数式接口

函数式接口：只有一个方法的接口

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
// 超级多FunctionalInterface
// 简化编程模型，在新版本的框架底层大量应用！
// foreach(消费者类的函数式接口)

Function 函数型接口

有一个输入参数，有一个输出

源码

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {

    /**
     * Applies this function to the given argument.
     *
     * @param t the function argument
     * @return the function result
     */
    R apply(T t);          // 传入参数T，返回类型R
}

代码测试

package com.llh.function;

import java.util.function.Function;

/**
 * Function  函数型接口，有一个输入参数，有一个输出
 * 只要是 函数型接口，都可以用 lambda 表达式
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {

//        Function function = new Function(){
//            @Override
//            public String apply(String str) {
//                return str;
//            }
//        };

        Function<String,String> function = (str)->{ return str; };

        System.out.println(function.apply("abc"));
    }
}

运行结果：

abc

Predicate（断定型接口）

有一个输入参数，返回值只能是布尔值！

源码

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {

    /**
     * Evaluates this predicate on the given argument.
     *
     * @param t the input argument
     * @return {@code true} if the input argument matches the predicate,
     * otherwise {@code false}
     */
    boolean test(T t);
}

代码测试

package com.llh.function;

import java.util.function.Predicate;

/**
 * 断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是布尔值！
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 判断字符串是否为空
//        Predicate predicate = new Predicate() {
//            @Override
//            public boolean test(String str) {
//                return str.isEmpty();
//            }
//        };

        Predicate<String> predicate = (str)->{ return str.isEmpty(); };
        System.out.println(predicate.test(""));
    }
}

运行结果：

true

Consumer 消费型接口

只有输入，没有返回值

源码

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {

    /**
     * Performs this operation on the given argument.
     *
     * @param t the input argument
     */
    void accept(T t);
}

代码测试

package com.llh.function;

import java.util.function.Consumer;

/**
 * Consumer  消费型接口：只有输入，没有返回值
 */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
//        Consumer consumer = new Consumer() {
//            @Override
//            public void accept(String str) {
//                System.out.println(str);
//            }
//        };
        
        Consumer<String> consumer = (str)->{
            System.out.println(str);
        };
        consumer.accept("def");
    }
}

运行结果：

def

Supplier 供给型接口

没有参数，只有返回值

源码

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {

    /**
     * Gets a result.
     *
     * @return a result
     */
    T get();
}

代码测试

package com.llh.function;

import com.sun.xml.internal.ws.api.model.wsdl.WSDLOutput;

import java.util.function.Supplier;

/**
 * Supplier  供给型接口  没有参数，只有返回值
 */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
//        Supplier supplier = new Supplier() {
//            @Override
//            public Integer get() {
//                return 1024;
//            }
//        };

        Supplier supplier = ()->{
            return 1024;
        };
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

运行结果：

1024

13、Stream流式计算

什么是Stream流式计算

大数据：存储 + 计算

集合、MySQL 本质就是存储东西的

计算都应该交给流来操作！

package com.llh.stream;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * 题目要求:一分钟内完成此题，只能用一行代码实现!现在有5个用户!筛选:
 * 1、ID必须是偶数
 * 2、年龄必须大于23岁
 * 3、用户名转为大写字母
 * 4、用户名字母倒着排序
 * 5、只输出一个用户!
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1,"a",21);
        User u2= new User(2,"b",22);
        User u3 = new User(3,"c",23);
        User u4 = new User(4,"d",24);
        User u5 = new User(6,"e",25);
        // 集合就是存储
        List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);

        // 计算交给Stream流
        // lambda 表达式、链式编程、函数式接口、Stream 流式计算
        list.stream()
                .filter(u->{ return  u.getId()%2==0; })
                .filter(u->{ return u.getAge()>23; })
                .map(u->{ return u.getName().toUpperCase(); })
                .sorted((uu1,uu2)->{ return uu2.compareTo(uu1);})
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

User 类

package com.llh.stream;

public class User {
    int id;
    String name;
    int age;

    public User() {
    }

    public User(int id, String name, int age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

运行结果：

E

14、ForkJoin

什么是 ForkJoin

ForkJoin 在 JDK 1.7 ，并行执行任务！提高效率。大数据量！

大数据：Map Reduce （把大任务拆分为小任务）

ForkJoin 特点：工作窃取

这个里面维护的都是双端队列（可以从两端取任务）

B先执行完了，会把A的任务偷过来执行，不让线程等待，工作窃取可以提高工作效率

ForkJoin

package com.llh.forkjoin;

import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * 求和计算的任务！
 * 3000  6000（ForkJoin） 9000（Stream并行流）
 */
public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {

    private Long start;
    private Long end;

    // 临界值
    private Long temp = 10000L;

    public ForkJoinDemo(Long start, Long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }


    @Override
    protected Long compute() {
        if ((end-start)<temp){
            Long sum = 0L;
            for (Long i = start; i <=end; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        }else {  // forkjoin  递归
            long middle = (start + end)/2; // 中间值
            ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, middle);
            task1.fork();  // 拆分任务，把任务压入线程队列
            ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(middle+1, end);
            task2.fork();  // 拆分任务，把任务压入线程队列

            return task1.join() + task2.join();
        }
    }
}

测试：

package com.llh.forkjoin;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.stream.LongStream;

/**
 * 同一个任务，别人效率高你几十倍！
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//        test1();     // 6800s
//        test2();     // 5484s
        test3();   // 579s
    }

    // 普通程序员
    public static void test1(){
        Long sum = 0L;
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000; i++) {
            sum += i;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + " 时间：" + (end-start));
    }

    // 会使用ForkJoin
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(0L, 10_0000_0000L);
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);  // 提交任务
        Long sum = submit.get();

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("sum=" + sum + " 时间：" + (end-start));
    }

    // Stream 并行流()
    public static void test3(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        // Stream 并行流 ()  (]
        long sum= LongStream.rangeClosed(0L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + " 时间：" + (end-start));
    }
}

15、异步回调

Future 设计的初衷 ：对将来的某个事件的结果进行建模

CompletableFuture 类是 Future接口的实现类

package com.future;

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 异步调用： CompletableFuture
 * // 异步执行
 * // 成功回调
 * // 失败回调
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 没有返回值的 runAsync 异步回调
        // 发起一个请求
//        CompletableFuture completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()->{
//            try {
//                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
//            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"runAsync=>Void");
//        });
//
//        System.out.println("1111");
//
//        completableFuture.get(); // 获取阻塞执行结果

        // 有返回值的 supplyAsync 异步回调
        // 成功和失败的回调
        // 成功了返回值，返回的是错误信息
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "supplyAsync=>Integer");
            return 1024;
        });

        // 没有异常时，t 正确的返回结果，u 返回 null
        // 有异常时，t 返回null，u 打印错误信息
        System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
            System.out.println("t=>" + t);  // 正确的返回结果
            System.out.println("u=>" + u);  // 错误信息：java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException
        }).exceptionally((e) -> {
            System.out.println(e.getMessage());
            return 233;  // 可以获取到错误的返回结果
        }).get());
        
    }
}

运行结果：

ForkJoinPool.commonPool-worker-9supplyAsync=>Integer
t=>1024
u=>null
1024

在 return 1024; 语句前面加上 int i = 10/0; 后，运行结果为：

ForkJoinPool.commonPool-worker-9supplyAsync=>Integer
t=>null
u=>java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
java.lang.ArithmeticException: / by zero
233

16、JMM

请谈谈你对 Volatile 的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供的轻量级的同步机制

1、保证可见性

2、不保证原子性

3、禁止指令重排

什么是 JMM

JMM ：Java内存模型，不存在的东西，是一种概念，约定！

关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。

2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！

3、加锁和解锁是同一把锁

java线程都有自己的工作内存

8种操作：

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可再分的(对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外)

• lock(锁定)：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
• unlock (（解锁）︰作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
• read (读取）︰作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
• load(载入）︰作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
• use (使用)：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
• assign（赋值）:作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接收到的值放入工作内存的变量副本中
• store (存储）∶作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
• write(写入）∶作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则︰

• 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write

• 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存

• 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存

• 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是对变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作

• 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁

• 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值

• 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量

• 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

测试

package com.llh;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {
    private static int num = 0;

    public static void main(String[] args) {  // main

        new Thread(()->{   // 线程 1 对主内存的变化不知道的
            while (num==0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;
        System.out.println(num);

    }
}

运行程序，输出1之后，程序还是没有停下来

原因：线程1不知道主内存的值已经被修改过了

17、Volatile

保证可见性

在上一个案例里加 volatile关键字

package com.llh;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {
    // 不加volatile，程序就会死循环，加volatile可以保证可见性
    private volatile static int num = 0;
    
    public static void main(String[] args) {  // main

        new Thread(()->{   // 线程 1 对主内存的变化不知道的
            while (num==0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;
        System.out.println(num);

    }
}

结果：输出1之后程序就立马停止了

不保证原子性

原子性：不可分割（意思就是线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败）

测试：

package com.llh.tvolatile;

// volatile不保证原子性
public class VDemo02 {
    
    // volatile不保证原子性
    private volatile static int num = 0;

    public static void add(){
        num++;       // 不是一个原子性操作
    }

    public static void main(String[] args) {
        
        // 理论上num结果应该为2万
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){  // 一个类中至少有两个线程，main线程和gc线程
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + num);

    }

}

理论上num结果应该为2万，但是运行程序，发现每次输出结果都不一样，都小于2万。

事实证明，volatile不保证原子性

如果不加 lock 和 synchronized ，怎么样保证原子性

源码分析，target文件夹下找到tvolatile文件夹，输入cmd进入命令窗口，使用命令（javap -c VDemo02.class）查看class文件：

使用原子类，解决原子性问题

iava.util.concurrent.atomic包下的类：
AtomicBoolean
Atomiclnteger
AtomiclntegerArray
AtomicIntegerFieldUpdater
AtomicLong
......

package com.llh.tvolatile;

// volatile不保证原子性
public class VDemo02 {
    

    // volatile不保证原子性
    // 原子类的 Integer
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();  // 当类型为基本数据类型时，初始值为0

    public static void add(){
        num.getAndIncrement();  // AtomicInteger的+ 1方法，用的是底层的CAS
    }

    public static void main(String[] args) {
        
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){  // 一个类中至少有两个线程，main线程和gc线程
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + num);

    }

}

运行结果为：

main 20000

原子类为什么这么高级

这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值! Unsafe类是一个很特殊的存在!

public final int getAndIncrement() {
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}

public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

    return var5;
}

public native int getIntVolatile(Object var1, long var2);

指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

源代码—>编译器优化的重排—>指令并行也可能会重排—>内存系统也会重排—>执行

处理器在进行指令重排的时候，会考虑数据之间的依赖性!

int x = 1;  // 1
int x = 2;  // 2
x = x + 5;  // 3
y = x * x;  // 4

我们所期望的：1234  但是可能执行的时候会变成 2134  1324
可不可能是  4123！

可能造成影响的结果：

当a b x v 这四个值默认都是 0；

线程A	线程B
x = a	y = b
b = 1	a = 2

正确的结果：x = 0； y = 0；但是可能由于指令重排

线程A	线程B
b = 1	a = 2
x = a	y = b

指令重排导致的诡异结果：x = 2；y = 1；

volatile可以避免指令重排：

内存屏障（一个CPU指令）的作用：

1、保证特定的操作的执行顺序！

2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性)

Volatile是可以保持可见性。不能保证原子性，由于内存屏障，可以避免指令重排的现象产生！

volatile的内存屏障在哪里使用的最多？ 单例模式。

18、彻底玩转单例模式

单例模式中的饿汉式和懒汉式

饿汉式：可能会浪费内存空间

package com.llh.single;

// 饿汉式单例
public class Hungry {

    // 存在这个对象，但是没有使用过，可能会浪费内存空间
    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data4 = new byte[1024*1024];

    private static final Hungry HUNGRY = new Hungry();

    private static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }
}

普通懒汉式

package com.llh.single;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

// 懒汉式单例
public class LazyMan {


    private LazyMan(){
    }

    private  static LazyMan lazyMan;

    public static LazyMan getInstance(){
        if(lazyMan==null){
            lazyMan = new LazyMan();
        }
        return lazyMan;
    }

}

单线程下可以保证单例，但是多线程并发下非单例

package com.llh.single;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

// 懒汉式单例
public class LazyMan {


    private LazyMan(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "ok");
    }

    private  static LazyMan lazyMan;

    public static LazyMan getInstance(){
        if(lazyMan==null){
            lazyMan = new LazyMan();
        }
        return lazyMan;
    }

    // 单线程下可以保证单例，但是多线程并发下非单例
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                LazyMan.getInstance();
            }).start();
        }
    }

}

运行结果：有时候是单例（Thread-0ok），有时候不是

Thread-0ok
Thread-4ok
Thread-3ok
Thread-2ok
Thread-1ok

双重检测锁模式，也叫DCL懒汉式

DCL懒汉式

package com.llh.single;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

// 懒汉式单例
public class LazyMan {

    private LazyMan(){
    }

    // 加 volatile 避免指令重排
    private volatile static LazyMan lazyMan;

    // 双重检测锁模式，也叫DCL懒汉式（DCL：Double Check Lock）
    public static LazyMan getInstance(){
        // 外层检测
        if(lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                // 内层检测
                if(lazyMan==null){
                    lazyMan = new LazyMan();  // 不是一个原子性操作
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

}

懒汉式本身存在线程安全问题，当两个线程同时判断 lazyMan == null，则会同时进行实例化。可以通过synchronized方法的问题来解决，在synchronized同步代码块外层判断一下。但存在一个新问题，A线程拿到锁开始初始化，B线程已经判断了lazyMan == null，只需要等待A执行完，B继续去初始化，仍然线程不安全，因此在 synchronized 内部再加一层 lazyMan == null 的判断即可。

synchronized 不能锁 this ，因为 getInstance 是静态方法，不能使用 this 。

lazyMan = new LazyMan(); 这个命令不是一个原子性操作，底层实际分了三步操作：

• 1、分配内存空间
• 2、执行构造方法，初始化对象
• 3、把这个对象指向这个空间

比如我们正常的顺序应该是123，但是指令重排后编程了132，

假设此时刚好A线程执行完1和3还没执行2，空间已经占了，但是还没初始化，当B线程进来判断22行：lazyMan == null，空间已经有了就不是 null 了，于是直接走到27行返回了对象，但此时对象还未初始化。因此为了防止指令重排，必须给第16行 lazyMan 对象加上 volatile 关键字。

synchronized只能保证有序性，但无法禁止指令重排，Java中只有volatile关键字可以禁止指令重排。

静态内部类

package com.llh.single;

// 静态内部类
public class Holder {

    private Holder(){

    }

    private static Holder getInstance(){
        return InnerClass.HOLDER;
    }

    public static class InnerClass{
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }

}

单例不安全，反射可以破坏

通过反射操作私有构造器，破坏单例模式

// 反射！
public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    LazyMan instance = LazyMan.getInstance();

    Constructor<LazyMan> declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
    declaredConstructors.setAccessible(true);
    // 利用私有构造器创建对象
    LazyMan instance2 = declaredConstructors.newInstance();

    System.out.println(instance);
    System.out.println(instance2);
}

运行结果：

com.llh.single.LazyMan@1540e19d
com.llh.single.LazyMan@677327b6

如果是单例，instance和instance2的hashCode应该是一样的，但是运行结果不一样，说明单例模式被破坏了。

构造器里面加判断

private LazyMan(){
    synchronized (LazyMan.class){
        if(lazyMan != null){
            throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏");
        }
    }
}

抛出了异常”不要试图使用反射破坏“，这样确实可以保证某一个反射不能破坏

但是如果不去new对象，都通过反射操作私有构造器创建对象，这个时候单例模式又会被破坏

public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    Constructor<LazyMan> declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
    declaredConstructors.setAccessible(true);
    // 利用私有构造器创建对象
    LazyMan instance = declaredConstructors.newInstance();
    LazyMan instance2 = declaredConstructors.newInstance();

    System.out.println(instance);
    System.out.println(instance2);
}

观察运行结果可以发现instance和instance2的hashCode又不一样了

使用红绿灯法

package com.llh.single;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

// 懒汉式单例
public class LazyMan {

    private static boolean llh = false;  // 红绿灯法

    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if(llh == false){
                llh = true;
            }else {
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏");
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "ok");
    }

    // 加 volatile 避免指令重排
    private volatile static LazyMan lazyMan;

    // 双重检测锁模式，也叫DCL懒汉式（DCL：Double Check Lock）
    public static LazyMan getInstance(){
        // 外层检测
        if(lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                // 内层检测
                if(lazyMan==null){
                    lazyMan = new LazyMan();  // 不是一个原子性操作
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

    // 多线程并发不安全
     public static void main(String[] args) throws Exception {

        Constructor<LazyMan> declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructors.setAccessible(true);
        // 利用私有构造器创建对象
        LazyMan instance = declaredConstructors.newInstance();
        LazyMan instance2 = declaredConstructors.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
    }

}

但是我们依旧可以通过反射破坏 llh 这个变量（假设我们已经通过反编译知道了这个变量叫 llh ）

// 反射！
public static void main(String[] args) throws Exception {
    

    Field llh = LazyMan.class.getDeclaredField("llh");
    llh.setAccessible(true);

    Constructor<LazyMan> declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
    declaredConstructors.setAccessible(true);
    LazyMan instance = declaredConstructors.newInstance();

    // 把第一个对象的值再改为false，这样构造器里面的判断就不生效了
    llh.set(instance,false);

    LazyMan instance2 = declaredConstructors.newInstance();

    System.out.println(instance);
    System.out.println(instance2);
}

运行结果：

com.llh.single.LazyMan@677327b6
com.llh.singe.LazyMan@14ae5a5

观察运行结果发现并没有抛出异常，单例模式又被破坏了

解决单例模式不安全问题：使用枚举类

查看newInstance()方法的源码

@CallerSensitive
public T newInstance(Object ... initargs)
    throws InstantiationException, IllegalAccessException,
           IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
    if (!override) {
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
        }
    }
    // 大概的意思就是如果你这个类型是枚举类型，就会抛出异常告诉你不能使用反射破坏枚举
    if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
        throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
    ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
    if (ca == null) {
        ca = acquireConstructorAccessor();
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
    return inst;
}

枚举

package com.llh.single;

import java.lang.reflect.Constructor;

// enum  是一个什么？ 本身也是一个Class类
public enum  EnumSingle {
    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }

}

class Test{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;

        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);

    }
}

运行结果：

INSTANCE
INSTANCE

确实是单例

查看EnumSingle.class的源代码，发现里面有一个私有的无参构造方法

package com.kuang.single;

public enum Enumsingle {
    INSTANCE;
    private EnumSingle(){
    }
    public Enumsingle getInstance() { return INSTANCE; }
}

尝试用反射操作无参构造方法破坏枚举

package com.llh.single;

import java.lang.reflect.Constructor;

// enum  是一个什么？ 本身也是一个Class类
public enum  EnumSingle {
    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }

}

class Test{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        // NoSuchMethodException: com.llh.single.EnumSingle.()
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);

    }
}

结果，抛出异常 “NoSuchMethodException: com.llh.single.EnumSingle.()" ，这个异常和我们在 newInstance()方法里面看到的异常不一样，说明我们被源代码骗了

查看枚举类型的最终反编译源码：执行 javap -p EnumSingle.class 命令，发现和我们在EnumSingle.class的源代码看到的一样，里面也有无参构造方法

使用 jad 反编译 EnumSingle.class 文件，使用 jad -sjava EnumSingle.class 命令

命令运行成功后，发现生成了一个EnumSingle.java文件，打开这个文件

public static EnumSingle[] values()
{
    return(EnumSingle[])$VALUES.clone();
}

public static EnumSingle valueOf(String name){
    return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/llh/single/EnumSingle,name);
}

// 有参构造器
private EnumSingle(String s, int i){
    super (s,i);
}

public EnumSingle getInstance(){
    return INSTANCE;
}

public static final EnumSingle INSTANCE;
private static final EnumSingle $VALUES[];
static
{
    INSTANCE = new Enumsingle ("INSTANCE", 0);
    $VALUES = (new EnumSingle[] {
        INSTANCE
    });
}

通过反编译，我们发现有一个有参的构造器

那我们修改一下构造器类型，再试下能不能破坏单例模式

class Test{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        
        // 有参构造器
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
        
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        // NoSuchMethodException: com.llh.single.EnumSingle.()
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);

    }
}

运行程序，抛出了 ”Cannot reflectively create enum objects“ 异常，说明在枚举类中，反射确实不能破坏单例

19、深入理解CAS

什么是CAS

public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                             V   newReference,
                             int expectedStamp,
                             int newStamp) {
    Pair<V> current = pair;
    return
        expectedReference == current.reference &&
        expectedStamp == current.stamp &&
        ((newReference == current.reference &&
          newStamp == current.stamp) ||
         casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}

以原子方式设置该引用和邮票给定的更新值的值，如果当前的参考是 ==至预期的参考，并且当前标志等于预期标志。

参数

expectedReference -参考的预期值

newReference -参考的新值

expectedstamp -邮票的预期值

newStamp -邮票的新价值

结果

true如果成功

package com.llh.cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASDemo {
    // CAS compareAndSet ：比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

        // 期望、更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新，CAS 是CPU的并发原语！
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020,2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());

    }
}

运行结果为：

true
2021
false
2021

Unsafe 类

valueOffset：内存地址偏移值

CAS ：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么则执行操作！如果不是就一直循环！

缺点：

1、循环会耗时

2、一次性只能保证一个共享变量的原子性

3、ABA 问题

CAS：ABA 问题（狸猫换太子）

主内存中A = 1，此时线程1和线程2都读取到了A = 1；线程2进行了一次CAS操作，把A改成了3，后面又进行CAS操作把3改成了1；但是线程1是不知情的，它一直以为A = 1还是原来的，没有变过，这种现象就是ABA问题。

测试

package com.llh.cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASDemo {
    // CAS compareAndSet ：比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

        // 期望、更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新，CAS 是CPU的并发原语！
        // ===================== 捣乱的线程 =======================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021,2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());

        // ===================== 期望的线程 ======================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020,6666));
        System.out.println(atomicInteger.get());

    }
}

运行结果：

true
2021
true
2020
true
6666

虽然捣乱的线程已经把2020改成了2021，又把2021改成了2020，但是期望的线程不知道这个操作，依然输出了6666。

20、原子引用

解决ABA问题，引入原子引用！对应的思想：乐观锁！

带版本号的原子操作！

package com.llh.cas;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;

public class CASDemo {

    // AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题

    // 正常的业务操作，这里面比较的都是一个个对象
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);

    // CAS compareAndSet ：比较并交换！
    public static void main(String[] args) {


        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();  // 获得版本号
            System.out.println("a1=>"+stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            atomicStampedReference.compareAndSet(1,2,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);

            System.out.println("a2=>"+atomicStampedReference.getStamp());

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));

            System.out.println("a3=>"+atomicStampedReference.getStamp());

        }).start();

        // 与乐观锁的原理相同！
        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp();  // 获得版本号
            System.out.println("b1=>" + stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6, stamp, stamp+1));
            System.out.println("b2=>"+atomicStampedReference.getStamp());

        }).start();


    }
}

运行结果：

a1=>1
b1=>1
a2=>2
true
a3=>3
false
b2=>3

注意：

Integer 使用了对象缓存机制，默认范围是 -128 ~ 127，推荐使用静态工厂方法 valueOf 获取对象实例，而不是 new，因为 valueOf 使用缓存，而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间；

阿里巴巴开发手册说明：

【强制】所有的相同类型的包装类对象之间值的比较，全部使用equals方法比较。

说明：对于Integer var = ? 在-128至127之间的赋值，Integer对象是在IntegerCache.cache产生，会复用已有对象，这个区间内的Integer值可以直接使用==进行判断，但是这个区间之外的所有数据，都会在堆上产生并不会复用已有对象,这是一个大坑，推荐使用equals方法进行判断。

compareAndSet 底层是用的==做比较，比较的是内存地址

public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                             V   newReference,
                             int expectedStamp,
                             int newStamp) {
    Pair<V> current = pair;
    return
        expectedReference == current.reference &&
        expectedStamp == current.stamp &&
        ((newReference == current.reference &&
          newStamp == current.stamp) ||
         casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}

21、各种锁的理解

1、公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能够插队，必须先来后到！

非公平锁：非常不公平，可以插队（默认都是非公平）

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}
// 在这个方法里可以把默认的非公平锁改成公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

2、可重入锁

可重入锁（递归锁）

Synchronized 版

package com.llh.lock;

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }
}

class Phone{
    public synchronized void sms(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
        call();  // 这里也有锁
    }
    public synchronized void call(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
    }
}

运行结果：

Asms
Acall
Bsms
Bcall  

Lock 版

package com.llh.lock;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone2 phone = new Phone2();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }
}

class Phone2{
    Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sms(){
        lock.lock();  // 细节问题：lock.lock();  lock.unlock();

        // lock 锁必须配对，否则就会死在里面
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
            call();   // 这里也有锁
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }
    public void call(){

        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

运行结果：

Asms
Acall
Bsms
Bcall  

3、自旋锁

spinlock

我们来自定义一个锁测试

package com.llh.lock;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class SpinlockDemo {

    // int  基本类型  默认是0
    // Thread  引用类型  默认是null
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    // 加锁
    public void myLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock");
        // 如果不成立，就一直循环
        // 自旋锁
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){

        }
    }

    // 解锁
    public void myUnlock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock");
        // 如果是我期望的线程，就解锁
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
    }

}

测试

package com.llh.lock;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestSpinLock {
    public static void main(String[] args) {

//        ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
//        reentrantLock.lock();
//        reentrantLock.unlock();

        // 底层使用的是自旋锁CAS
        SpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();

        new Thread(()->{
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnlock();
            }
        },"T1").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);    // 休息1秒，保证T1线程先拿到锁
        
        new Thread(()->{
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnlock();
            }
        },"T2").start();
        
    }
}

运行结果为：

T1==>mylock
T2==>mylock
（3秒之后）
T1==>myUnlock
T2=->myUnlock

观察运行结果可以发现，一定要等T1解锁了，T2才会解锁。T1解锁之后释放锁，T2才有机会拿到锁，然后解锁。

T1拿到锁，是期望的null，然后设置成了Thread。这时候T2拿到锁后发现是Thread，于是开始自旋。等待T1解锁变回nulI，T2才能走出自旋。

4、死锁

死锁是什么

死锁测试，怎么排除死锁

package com.llh.lock;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class DeadLockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        String lockA = "lockA";
        String lockB = "lockB";

        new Thread(new MyThread(lockA,lockB),"T1").start();
        new Thread(new MyThread(lockB,lockA),"T2").start();
    }

}

class MyThread implements Runnable {

    private String lockA;
    private String lockB;

    public MyThread(String lockA, String lockB) {
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (lockA){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockA + "==>get" + lockB);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockB){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockB + "==>get" + lockA);
            }

        }
    }
}

运行结果为：

T1lock:lockA=>getlockB
T2lock:lockB=>getlockA
......（线程一直没有停止，即死锁现象）

T1获得了lockA但是又想获得lockB，T2获得了lockB但是又想获得lockA

解决问题

在IDEA的Terminal窗口操作

1、使用 jps -l 定位进程号

2、使用jstack 进程号 找到死锁问题

5、悲观锁和乐观锁

5.1、悲观锁

总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

5.2、乐观锁

总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

5.3、两种锁的使用场景

乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

5.4、乐观锁常见的两种实现方式

乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现。

1. 版本号机制

一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

举一个简单的例子

假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段，当前值为 1 ；而当前帐户余额字段（ balance ）为 $100 。当需要对账户信息表进行更新的时候，需要首先读取version字段。

1. 操作员 A 此时将其读出（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $50（ $100-$50 ）。
2. 在操作员 A 操作的过程中，操作员B 也读入此用户信息（ version=1 ），并从其帐户余额中扣除 $20 （ $100-$20 ）。
3. 操作员 A 完成了修改工作，提交更新之前会先看数据库的版本和自己读取到的版本是否一致，一致的话，就会将数据版本号加1（ version=2 ），连同帐户扣除后余额（ balance=$50 ），提交至数据库更新，此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本，数据被更新，数据库记录 version 更新为 2 。
4. 操作员 B 完成了操作，提交更新之前会先看数据库的版本和自己读取到的版本是否一致，但此时比对数据库记录版本时发现，操作员 B 提交的数据版本号为 2 ，而自己读取到的版本号为1 ，不满足 “ 当前最后更新的version与操作员第一次读取的版本号相等 “ 的乐观锁策略，因此，操作员 B 的提交被驳回。

这样，就避免了操作员 B 用基于 version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员A 的操作结果的可能。

2. CAS算法

即compare and swap（比较与交换），是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。CAS算法涉及到三个操作数

• 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（比较和替换是一个原子操作）。一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。

5.5、乐观锁的缺点

ABA 问题是乐观锁一个常见的问题

1、 ABA 问题

如果一个变量V初次读取的时候是A值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值，那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗？很明显是不能的，因为在这段时间它的值可能被改为其他值，然后又改回A，那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个问题被称为CAS操作的 "ABA"问题。

JDK 1.5 以后的 AtomicStampedReference 类就提供了此种能力，其中的 compareAndSet 方法就是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。

2、 循环时间长开销大

自旋CAS（也就是不成功就一直循环执行直到成功）如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。 如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升，pause指令有两个作用，第一它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引起CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提高CPU的执行效率。

3、 只能保证一个共享变量的原子操作

CAS 只对单个共享变量有效，当操作涉及跨多个共享变量时 CAS 无效。但是从 JDK 1.5开始，提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作.所以我们可以使用锁或者利用AtomicReference类把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。

4、CAS与synchronized的使用情景

简单的来说CAS适用于写比较少的情况下（多读场景，冲突一般较少），synchronized适用于写比较多的情况下（多写场景，冲突一般较多）

1. 对于资源竞争较少（线程冲突较轻）的情况，使用synchronized同步锁进行线程阻塞和唤醒切换以及用户态内核态间的切换操作额外浪费消耗cpu资源；而CAS基于硬件实现，不需要进入内核，不需要切换线程，操作自旋几率较少，因此可以获得更高的性能。
2. 对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS自旋的概率会比较大，从而浪费更多的CPU资源，效率低于synchronized。

补充： Java并发编程这个领域中synchronized关键字一直都是元老级的角色，很久之前很多人都会称它为 “重量级锁” 。但是，在JavaSE 1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的 偏向锁 和 轻量级锁 以及其它各种优化之后变得在某些情况下并不是那么重了。synchronized的底层实现主要依靠 Lock-Free 的队列，基本思路是 自旋后阻塞，竞争切换后继续竞争锁，稍微牺牲了公平性，但获得了高吞吐量。在线程冲突较少的情况下，可以获得和CAS类似的性能；而线程冲突严重的情况下，性能远高于CAS。