[2023] 深入理解java多线程并发篇（1）

1、线程

线程的状态

java中六种线程状态-java划分方式

• NEW：新建
• RUNNABLE：可运行 —-会被CPU执行
• BLOCKED：阻塞
• WAITLNG：等待
• TIMED_WAITING：等待（有时限）
• TERMINATED：终结

 

操作系统层面的五种状态

• 新建
• 分到CPU时间的：运行
• 可以分到CPU时间的：就绪
• 分不到CPU时间的：阻塞
• 终结

 

线程池对象—ThreadPoolExecutor()

• corePoolSize:指定了线程池中的线程数量，它的数量决定了添加的任务是开辟新的线程去执行，还是放到workQueue任务队列中去；
• maximumPoolSize:指定了线程池中的最大线程数量，这个参数会根据你使用的workQueue任务队列的类型，决定线程池会开辟的最大线程数量；
• keepAliveTime:当线程池中空闲线程数量超过corePoolSize时，多余的线程会在多长时间内被毁**；**
• unit:keepAliveTime的单位
• workQueue:任务队列，被添加到线程池中，但尚未被执行的任务；它一般分为直接提交队列、有界任务队列、无界任务队列、优先任务队列几种；
• threadFactory:线程工厂，用于创建线程，一般用默认即可；
• handler:拒绝策略；当任务太多来不及处理时，如何拒绝任务；
  • AbortPolicy策略：该策略会直接抛出异常，阻止系统正常工作；
  • CallerRunsPolicy策略：如果线程池的线程数量达到上限，该策略会把任务队列中的任务放在调用者线程当中运行；
  • DiscardOledestPolicy策略：该策略会丢弃任务队列中最老的一个任务，也就是当前任务队列中最先被添加进去的，马上要被执行的那个任务，并尝试再次提交；
  • DiscardPolicy策略：该策略会默默丢弃无法处理的任务，不予任何处理。当然使用此策略，业务场景中需允许任务的丢失；

 

• 执行过程：
  • 首先使用的是核心线程，满了后放入堵塞队列，然后再使用救急线程(该线程用完会释放掉)，都用完后就会执行选择的拒绝策略；

private  static void testNewRunnableTerminated(){
//        线程工厂对象
        AtomicInteger c = new AtomicInteger(1);
//        工作队列对象
        ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,  //核心线程
                3,   //最大线程
                0,   //救急线程生存时间
                TimeUnit.MINUTES,   //救急线程生存单位
                queue,   //堵塞队列
                r -> new Thread(r,"myThread" + c.getAndIncrement()),  //线程名字
//                    执行的拒绝策略：1.抛出异常
                    new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
        }

• 输出过程：

 

2、并发问题

并发问题：就是代码在多线程的环境下，多个线程共同去操作一个共享变量，产生的一些破坏了代码的原子性、可见性、有序性的问题！

• sleep vs wail

  • 他们都可以被interruot()方法打断
  • lock vs synchronized​​​​        

   

• lock的公平锁和非公平锁

  • 调用new MyReentrantLock(false) //false表示执行非公平锁，taue表示公平锁

  • 公平锁：会按进入阻塞队列的先后顺序，执行线程，等待进入获取锁

  • 非公平锁：不会按先后顺序执行

  • lock锁底层实现细节：

  • await()：使线程放入等待队列，等待唤醒，
  • signalAll()：使等待队列的线程重新返回阻塞队列，等待持有锁的线程释放锁

• volatile（内存屏障）能否保证线程安全、 

• • 原子性：在多线程情况下，初始值为10，两个线程同时执行+5，-5操作，一条线程执行+5时，执行到一半时，切换到另外一条线程执行-5；这时执行完结果为5；然后重新返回第一条线程执行，剩下的+5操作(因为他前面执行到一半，根本不知道值已经被另外一个线程把值改了)，执行完后10+5，他执行完的结果为15，把上一条执行完的结果覆盖掉；该结果就表示破坏了原子性的问题。

    • 解决办法：加锁，不让多条线程一起进入执行或者其他方式。

  • 可见性：当一个线程1执行一个代码时，循环条件是一个内存里的共享变量stop，会一直判断stop是false（大概一秒钟可以判断一千万次），达到一定的阈值后JIT(java的一个编译器)，认为线程1的代码一直为false，为了提供效率，就会去修改线程1的代码，把stop直接就改为false；这样线程2去把stop修改为true之后，线程1的循环也不会退出，因为他已经被改了代码，所以他压根就看不到共享变量的值被修该为true；

    • 解决办法：在共享变量(成员变量)上加volatile修饰
  • 

  • 有序性：在编译的过程中出现指令重排序

    • 解决办法：在成员变量上加Volatile修饰
    • 在读的变量里需要放在最后一个变量上，在读的情况，该屏障是向下的，禁止下面的代码越过屏障到上面来执行
    • 在写的变量里需要放到第一个，和读先反

   

   

3、java中悲观锁和乐观锁

• 悲观锁的代表是synchronized和Lock锁
• 乐观锁的代表是Atomiclnteger， 使用cas来保证原子性，底层使用的是Unsafe这个类，

 

在等待锁释放的过程中

悲观锁：会在重试争抢几次锁之后，就会进入阻塞状态，当获得锁的线程释放之后，在唤醒去继续争抢锁，所以会涉及上下文切换，

乐观锁：不会进入阻塞状态，会一直请求获取锁，直至前面的线程释放锁，前提条件是线程数不超过cpu核数

4、Hashtable vs ConcurrentHashMap

 

• **hashtable：**的扩容=原始容量*2+1,所以hashtable的容量都是质数，取余数分散性较好，所以不用二次哈希去计算数组位置

1. 7版本的ConcurrentHashMap

• ConcurrentHashMap：的结构是一个Segment下标数组中，套一个小的数组(clear)，小的数组里下标冲突时，才会是一个链表。
  • ConcurrentHashMap是一个Segment一把锁，Segment长度多小决定了有多少把锁
  • ConcurrentHashMap在创建的时候指定了Segment的容量之后，后面不能扩容，只能扩容clear数组
  •  

• 计算ConcurrentHashMap的下标

先算出clevel是2的几次方，如：16是2的4次方

所以Segment索引=二次hash的值转换二进制后的高5位，得出的结果是10100，转换为10进制是20，所以Segment索引就是20，clear的索引是看最低位的是多少

 

• ConcurrentHashMap扩容：

  • 之后扩容clear的容量，且扩容只扩容自己那个Segment数组
  • 
  • clear初始扩容时会依据Segment[0]下标的元素进行扩容，Segment[0]的clear会有一个初始的容量，该容量初始长度为capacity容量/Segment的长度

  1. 8版本的ConcurrentHashMap

     • capacilty：往map放的元素的个数，

  2. ConcurrentHashMap扩容时怎么解决并发

 

5、ThreadLocal

ThreadLoca（瑟为咯口）l叫做线程变量，意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的，也就是说该变量是当前线程独有的变量。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

• ThreadLoca创建方式，一般以静态成员变量方式创建，

private static ThreadLocal *localVar* = new ThreadLocal();

• 一句话理解ThreadLocal，threadlocl是作为当前线程中属性ThreadLocalMap集合中的某一个Entry的key值Entry（threadlocl,value），虽然不同的线程之间threadlocal这个key值是一样，但是不同的线程所拥有的ThreadLocalMap是独一无二的，也就是不同的线程间同一个ThreadLocal（key）对应存储的值(value)不一样，从而到达了线程间变量隔离的目的，但是在同一个线程中这个value变量地址是一样的。

• ThreadLocal的理解含义：

  

• ThreadLocal与synchronized比较

ThreadLocal其实是与线程绑定的一个变量。ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。

但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别：

1、Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

2、Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本

，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。

而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。