并发编程

01 进程和线程

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02 并行和并发

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03 Java线程

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04 栈与栈帧

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05 线程上下文切换

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06 线程常见方法

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06-1 sleep与yield

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06-2 线程优先级

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06-3 join

打印0

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r1:10 r2:20 cost:2000

06-4 interrupt方法

打断sleep线程，清空打断标记

打断标记：false

打断正常运行的线程，不会清空打断状态

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06-5 两阶段终止模式

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打断park线程，不会清空打断状态

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06-6 不推荐使用的方法

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07 主线程和守护线程

有一种特殊的线程，只要其他非守护线程运行结束了，即使守护线程的代码没有执行完，也会强制结束；
垃圾回收器线程就是一种守护线程

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08 线程状态

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从Java API层面描述，分六种状态

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共享模型之管程

09 临界区Critical Section

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竞态条件Race Condition
多个线程在临界区内执行，由于代码的执行不同导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件；

10 synchronized

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11 方法上的synchronized

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12 “线程八锁”

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13 变量的线程安全分析

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14 常见的线程安全类

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15 不可变类线程安全性

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16 买票练习

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17 转账练习

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18 Monitor概念

一个java对象在内存中由两部分组成，java对象头和对象中的成员变量；
普通对象Object Header有Mark Word和Klass Word组成

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Mark Word的结构:

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Monitor被翻译成监视器或管程
每个Java对象都可以关联一个Monitor对象，如果使用synchronized给对象obj上锁(重量级)之后，obj对象和操作系统提供的Monitor对象相关联，该对象头的Mark Word中就被设置指向Monitor对象的指针；

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注：synchronized必须是进入同一个对象的monitor才有上述的效果；不加synchronized的对象不会关联监视器，不遵从以上规则；

19 轻量级锁

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  如果有竞争，轻量级锁会升级为重量级锁
  对上述代码的分析：

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20 锁膨胀

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21 自旋优化

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步快，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。

• 自旋成功的情况：

  
  
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• 自旋失败的情况：

  
  
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22 偏向锁

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22-1 偏向状态

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  调用对象的hashcode,会禁用这个对象的偏向锁；

22-2 撤销-调用对象hashCode

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22-3 撤销-其他线程使用对象

当有其它线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁

22-3 批量重偏向

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22-4 批量撤销

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22-5 锁消除

加锁是有一定的性能损耗的，a和b方法执行的时间相近，java运行时有一个JIT，即时编译器，它会对java字节码做进一步优化，其中一个优化就是分析局部变量是否能优化，方法b中的对象o,根本不会逃离方法的作用范围，这种情况意味着不可能被共享，那么加synchronized加锁没有任何意义，JIT会将synchronized代码优化掉，有个-XX:EliminateLocks开关控制

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23 wait/notify原理

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23-1 API介绍

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不能直接调用对象obj的wait方法，会报illegalMonitorStateException异常，必须先获取到对象锁

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24 wait/notify的正确使用姿势

24-1 sleep(long n)和wait(long n)的区别

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它们的共同点时都会进入TIMED_WAITING状态

• sleep不会释放锁，wait会释放锁

  
  
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• wait/notify使用模板

  
  
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24-2 设计模式-保护性暂停

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• 代码示例

  
  
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24-3 保护性暂停-扩展-增加超时

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24-4 join原理

一个线程等待另一个线程的结束

24-5 保护性暂停-扩展-解耦等待和扩展

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• 代码分析

  
  
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25 异步模式之生产者/消费者

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代码设计

• Message

  
  
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• MessageQueue

  
  
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• 测试

  
  
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26 Park&Unpark

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代码分析

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• 测试结果

  
  
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• unpark即可以在park之前调用，也可以在park之后调用，都是恢复某个线程的运行

  
  
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特点

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原理之park&unpark

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• park

  
  
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• unpark

  
  
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• 先unpark后park情况

  
  
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27 线程状态切换

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28 多把锁

多把不相干的锁
代码分析

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  问题：串行，并发度比较低，sleep和study是不相干的，改进后使用两个房间加锁，增强程序的并发性

  
  
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29 活跃性

29-1 死锁

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• 运行结果

29-2 定位死锁

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29-3 哲学家就餐问题

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• ChopStick

  
  
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• Philosopher

  
  
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• test

  
  
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29-4 活锁

活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件，最后谁也无法结束

• 两个线程都无法停止，这种现象称之为活锁

  
  
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29-5 饥饿

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  就是有的线程得不到执行的机会，如何解决线程饥饿的现象，后面使用ReentrantLock解决

30 ReentrantLock

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30-1 可重入

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• 代码分析

  
  
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30-2 可打断

ReentrantLock支持可打断，避免死等，减少死锁的发生

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  运行结果

30-3 锁超时

• 情况1

  
  
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  运行结果

• 情况2

  
  
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  运行结果

30-4 解决哲学家就餐问题

• 让Chopstick筷子对象继承ReentrantLock

  
  
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30-5 公平锁

ReentrantLock默认是不公平的，可以通过构造方法设置是否是公平锁；
公平锁一般没有必要，会降低并发度；
sychronized的monitor锁也是不公平锁，当一个线程持有锁，其他的线程会进入阻塞队列去等待，当锁的持有者释放锁的时候，这些线程会一拥而上， 谁先抢到了就会成为锁的主人，而不会按进入阻塞队列的顺序先来先得。

30-6 条件变量

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• 代码示例

  
  
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  运行结果

30-7 同步模式之顺序控制

固定运行顺序

• wait/notify方式

  
  
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• park/unpark方式

  
  
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• 结果是先打印2，后打印1

  
  
  运行结果

31 交替输出

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31-1 wait/notify方式

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• 第一个线程打印a，第二个线程打印b， 第三个线程打印c，运行结果就是abcabcabcabcabc

  
  
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31-2 await/signal方式

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• 1s后主线程唤醒a休息室中的线程

  
  
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31-3 park/unpark方式

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• 主线程先唤醒t1线程

  
  
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32 小结

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33 java内存模型

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34 可见性

• 分析个现象，线程并不会像预想的那样停下来

  
  
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• 从内存的角度分析上面发生的问题

  
  
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• 解决方法
  使用volatile，线程就不能从缓存中读取了，每次必须到主内存中读取变量的最新值，保证了共享变量在多个线程之间的可见性
  它可以修饰成员变量和静态成员变量，可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主内存中获取它的值，线程操作volatile变量都是直接操作内存。

• 使用synchronized也可以解决可见性问题，区别就是synchronized需要创建monitor锁，是重量级锁，volatile是轻量级操作

  
  
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35 可见性vs原子性

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synchronized语句块即可以保证代码块的原子性，也同时保证代码块内变量的可见性，但缺点是synchronized是属于重量级操作，性能相对较低。

36 两阶段终止模式-volatile

在一个线程T1中如何优雅的终止线程T2，这里的优雅指的是给T2一个料理后事的机会

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• 测试代码和运行结果

  
  
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37 同步模式之Balking

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• 保证监控线程只启动一次

  
  
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38 有序性

38-1 指令重排

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38-2 指令重排现象

• r.r1值可能为1,4或0

  
  
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• 压力测试结果，有可能因为指令重排序导致结果为0

  
  
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38-3 禁止指令重排序

• 加上volatile

  
  
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39 volatile原理

volatile的底层原理是内存屏障，Memory Barrier
对volatile变量的写指令后会加入写屏障
对volatile变量的读指令前会加入读屏障

39-1 如何保证可见性

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39-2 如何保证有序性

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39-3 double-checked locking问题

• synchronized加的范围太大会对性能有影响，只要调用一次getInstance方法，就会进入一次同步代码块，实际上这个单例创建出来后只有第一次需要线程安全保护，单例对象已经创建好了之后就不需要线程安全保护了

  
  
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• synchronized虽然可以保证同步代码块内的原子性，可见性和有序性，但是Singleton()构造方法执行指令和赋值的指令会产生指令重排序，synchronized代码块中的代码仍然可以重排序的，volatile可以防止重排序；如果这个共享变量INSTANCE完全被synchronized保护的话，就不会有原子性，可见性和有序性的问题；

  
  
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40 happens-before规则

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• volatile防止指令重排

  
  
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41 习题

• volatile仅仅保证共享变量的可见性，init方法即有读取也有写入共享变量initialized的代码，不能保证多行代码执行的原子性，doInit方法会被调用多次，解决方法是使用synchronized

  
  
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• 线程安全单例问题

  
  
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• 问题1，synchronized代码块里指令还是会重排序的，构造方法指令和前面的赋值指令有可能被重排序，那么第二个线程进入synchronized代码块之前，获取这个对象引用，可能还没有调用构造方法，所以要保证指令不要发生重排序

  
  
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• 问题一是懒汉式，类加载本身就是懒惰的 ，类只有在第一次用到才会触发类加载操作；问题二对静态变量的赋值操作是由JVM保护线程安全性

  
  
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42 保护共享资源-无锁实现

• 使用AtomicInteger

  
  
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43 CAS与volatile

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• CAS需要volatile的支持
  获取共享变量时，为了保证该变量的可见性，需要使用volatile修饰；
  它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，它可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主存中获取它的值，线程操作volatile变量都是直接操作主存，即一个线程对volatile变量的修改，对另一个线程可见；
  volatile仅仅保证了共享变量的可见性，让其它线程能够看到最新值，但不能解决指令交错问题（不能保证原子性）

• 为什么无锁效率高

  
  
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• CAS特点

  
  
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44 原子整数

J.U.C并发包提供了：
AtomicBoolean
AtomicInteger
AtomicLong

• 原子加减法运算
  getAndIncrement是先获取，再自增；incrementAndGet是先自增再获取；

  
  
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• 之前例子修改

  
  
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• updateAndGet方法
  i * 10 ，结果为50

  
  
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• updateAndGet实现原理

  
  
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45 原子引用

• AtomicReference示例

  
  
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• ABA问题
  主线程无法感知其他线程对该共享变量的修改

  
  
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• AtomicStampedReference

  
  
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• AtomicMarkableReference

  
  
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46 原子数组

• 多线程下普通数组是没有线程安全的

  
  
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• 使用原子数组

  
  
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47 字段更新器

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48 原子累加器

• 使用AtomicLong累加实例

  
  
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• LongAdder示例

  
  
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• LongAdder性能提升的原因

  
  
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源码之LongAdder

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• cas锁的原理

  
  
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49 Unsafe

Unsafe对象提供了非常底层的，操作内存，线程的方法，Unsafe对象不能直接调用，只能通过反射获得。

• Unsafe CAS操作

  
  
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• 模拟实现原子整数类
  UnsafeAccessor：

  
  
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  MyAtomicInteger:

  
  
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50 不可变对象-使用

SimpleDateFormat使用

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不可变类DateTimeFormatter,保证了在多线程下的线程安全

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51 不可变对象-设计

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• final的使用
  发现该类，类中所有属性都是final的；
  属性用final修饰保证了该属性是只读的，不能修改；
  类用final修饰保证了该类中的方法不能被覆盖，防止子类无意破坏不可变性；
• 保护性拷贝
  通过创建副本对象来避免共享的手段称之为保护性拷贝defensive copy.

52 享元模式

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2.2 String字符串
2.3 BigDecimal BigInteger

53 自定义线程池

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• 1.BlockingQueue

  
  
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• 2.ThreadPool 线程池

  
  
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54 线程池

• 1.线程池状态

  
  
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• 2. 构造方法

     
     
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• 3. 固定大小线程池

     
     
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     线程工厂影响的是线程的名称

• 4.带缓存线程池

  
  
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• 5.单线程线程池

  
  
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  执行任务即使遇到了异常，后面的任务不受影响

  
  
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• 6.提交任务

  
  
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submit():

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invokeAll():

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invokeAny():

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• 7.关闭线程池
  shutdown并不会取消正在执行的任务，也不会影响在阻塞队列里的任务，并不会阻塞主线程其他代码的执行

  
  
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• 任务调度线程池

54 异步模式之工作线程

• 1.定义

  
  
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• 2.饥饿问题
  代码示例饥饿问题，线程数不足导致的代码无法继续往下执行：

  
  
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饥饿问题解决：
不同任务使用不同的线程池

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• 3.创建多少线程池合适

  
  
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