JUC并发编程
文章目录
- 1、进程和线程
- 2、Java 线程
- 3、 * 原理之线程运行
- 4、线程调用run和start区别
- 5、主线程与守护线程
- 6、状态
- 7、共享模型
- 8、变量的线程安全分析
- 9、volatile
- 10、ReentrantLock
- 11、反序列化破坏单例
1、进程和线程
线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位
- 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力
- 并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力
2、Java 线程
创建和运行线程
方法一，直接使用 Thread
方法二，使用 Runnable 配合 Thread
方法三，FutureTask 配合 Thread
FutureTask 是 Java 中的一个类，它实现了 RunnableFuture 接口，同时也是 Future 接口的一个实现类。FutureTask 表示一个异步计算任务，可以在任务执行完成后获取结果。
3、 * 原理之线程运行
栈与栈帧
Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
我们都知道 JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。
- 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
- 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
线程上下文切换（Thread Context Switch）
因为以下一些原因导致 cpu 不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码
- 线程的 cpu 时间片用完
- 垃圾回收
- 有更高优先级的线程需要运行
- 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法
当 Context Switch 发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态，Java 中对应的概念
就是程序计数器（Program Counter Register），它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址，是线程私有的
- 状态包括程序计数器、虚拟机栈中每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等
- Context Switch 频繁发生会影响性能
4、线程调用run和start区别
在 Java 中，有两种方式可以启动一个线程，分别是调用 run() 方法和调用 start() 方法。它们之间的区别如下：
调用 run() 方法：
- 在当前线程中直接调用 run() 方法，线程的执行逻辑会在当前线程中按顺序执行，不会创建新的线程。
- 以同步方式执行任务，即会阻塞当前线程，直到任务执行完成。
- 任务的执行结果和线程的执行结果在当前线程中直接可见。
调用 start() 方法：
- 调用 start() 方法会创建一个新的线程，并在新线程中调用 run() 方法执行线程的逻辑。
- 以异步方式执行任务，即不会阻塞当前线程，而是立即返回，让新线程并发执行任务。
- 任务的执行结果和线程的执行结果需要通过其他方式进行通信，例如使用共享变量、回调函数等。
join等待线程结束
5、主线程与守护线程
默认情况下，Java 进程需要等待所有线程都运行结束，才会结束。有一种特殊的线程叫做守护线程，只要其它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。
注意
垃圾回收器线程就是一种守护线程
Tomcat 中的 Acceptor 和 Poller 线程都是守护线程，所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后，不会等待它们处理完当前请求
6、状态
OS5种，初始、可运行、运行、阻塞、终止
Java6种，新建、运行、阻塞、等待、超时等待、终止
Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作
7、共享模型
临界区 Critical Section
一个程序运行多个线程本身是没有问题的
问题出在多个线程访问共享资源
多个线程读共享资源其实也没有问题
在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题
一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区
竞态条件 Race Condition
多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件
为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。
- 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
- 非阻塞式的解决方案：原子变量
本次课使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一
时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁
的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换
注意
虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：
- 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
- 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点
同步方法的锁对象是当前实例（this）或者是当前类的Class对象，取决于方法是实例方法还是静态方法。
8、变量的线程安全分析
成员变量和静态变量是否线程安全？
如果它们没有共享，则线程安全
如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况
如果只有读操作，则线程安全
如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全
局部变量是否线程安全？
局部变量是线程安全的
但局部变量引用的对象则未必
如果该对象没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的
如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全
常见线程安全类
String
Integer
StringBuffer
Random
Vector
Hashtable
java.util.concurrent 包下的类
这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的
9、volatile
保证可见性，不保证原子性
底层实现原理是内存屏障
volatile（易变关键字）
它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，他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
sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别
- sleep 是 Thread 方法，而 wait 是 Object 的方法
- sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要和 synchronized 一起用
- sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁
- 它们状态 TIMED_WAITING
10、ReentrantLock
相对于 synchronized 它具备如下特点
可中断
可以设置超时时间
可以设置为公平锁
支持多个条件变量
与 synchronized 一样，都支持可重入
11、反序列化破坏单例
重写readResolve（）方法
CountdownLatch
用来进行线程同步协作，等待所有线程完成倒计时。
其中构造参数用来初始化等待计数值，await() 用来等待计数归零，countDown() 用来让计数减一