java并发编程实践学习笔记

为啥需要并发：

      个人英雄主义，单人独写xx软件的传奇，回味孤独英雄的寂寞。

       系统运行也不是单个计算机或现在的单核cpu能够很好解决运行：系统需要 显示多机多cpu负载计算，为了响应当前的低碳生活，我们需要提高单机的计算能 力，更好的学习设计并发。

  

关键字：

    原子操作：原子为不可再分操作。

   Violation ：可见关键字。

   Synchronized：内部隐示锁
   ReentrantLock：显示锁
   ReentrantReadWriteLock：读写锁
   final:创建后不变

 

jmm(java内存模型)：

   

 

线程对所有变量的操作都是在工作内存中进行，线程之间无法相互直接访问，变量传递 均需要通过主存完成

 

线程 thread，runable常用方法

    Interrupt():中断该线程，只是java语法上说要中断，具体实现需要业务上判断，
    interrupted():判断是否中断，并且清除中断状态。
    isInterrupted() ：判断是否中断，不清除中断状态。
    join() :等待该线程终止。
    yield() ：暂停执行当前线程，让出资源，让那个jvm的线程排程器 从可执行状态的线程中重新进行排程。也许该线程立马就又可以运行。
    线程状态：new-》可运行-》排程器调度到运行-》等待，阻塞，睡眠-》运行完毕

中断：

    如 sock 通讯， read ， write 被阻塞，不好中断，可通过关闭 sock.close() 实现中断 ;

 

并发可见关键字：violation

      当多线程修改同一个数据时候，由于jmm限制，并不能立马让other thread察觉。
     硬件上实现：cpu硬件厂商提供了，各个cpu核心数据同步的关卡或栅栏。Java提供了这样的关键字机制：violation
会主动同步各个工作内存的数据到主内存中.
     volatile字段的写操作happen-before后续的对同一个字段的读操作 :详见组后的happen-before规则。
     如 系统线程：
//表示是否运行
private volatile boolean running = false;
64位的 long，double 读写分为2个32位的操作，声明为violation，jmm会规定为原子操作。是否会在64bit机器有限制

并发内部隐示锁：synchronized

特性：可见性：和 violation 一样，

      原子性：把一些不是原子操作组合成原子操作。

      当一个 final 变量时候不需要做同步 , 但是一个对像需要内部的成员变量是否 final 。

     当一个变量创建后要变化，需要在修改和获取时候都要加锁。不然遍历时可能 抛出 ConcurrentModificationException 被变化异常。

锁的持有者，谁是锁

    public class Lock (     
       public synchronized  void fun1(){
              //业务运算.      
       };
       public static synchronized void fun2(){
              //业务运算.     
       }
}
Lock a = new Lock();

fun1:锁是 Lock 对象也就是 a this,持有锁这调用的线程。
fun2:锁是 Lock.class,持有锁这调用的线程。
当线程持有了锁，当要进入需要相同锁的地方，可以进入。

 

synchronized 注意地方，缺点:

注意地方：
    锁是用在多线程并发操作：当线程获取到了锁，调用了sleeep（休眠），线程不会释放资源，释放锁，
wait,线程会释放锁，当再次醒来后又要重新获取锁，需要在同步块。
notify：唤醒由于该条件等待的线程中的一个线程，需要在同步块。
notifyAll：唤醒所有。 一般就调用notifyAll：不然可能会造成某些线程假死，点背一直没有唤醒过他。需要在同步块。

缺点：
      当并发时候需要超时中断，不能实现。只能傻等到得到锁业务计算完毕退出。

显示锁：ReentrantLock:

   语义上还有和 synchronized 完全相同，只是更多的功能

写法：

  lock.lock();// 获取锁

  lock.unlock();// 释放锁，一定要和数据库连接一样，放到 finally 中

由于和数据库连接一样，增加了危险性。

常用 api 解释：

     tryLock(long timeout, TimeUnit unit ) // 获取锁，不能返回 false 或一个时间后 不能获取返回。

ReentrantLock的wait,notify, notifyAll:

    和synchronized 的wait,notify,notifyAll对应。
如果使用了ReentrantLock不能使用wait，notify，notifyAll方法。
//生产者消费者的生产环境，有限的数组，当数组满了后需要等待，消费者清除了数据后需要唤醒生产者线程。
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition full = lock.newCondition();
public void put(String str){
if(isFull()){//是否已经满了
     full.await();
          }
}
public void get(){
      //清除业务
      full.notifyAll();
}
觉得更加有针对性的面向对象的编程。
 

数据库的类似问题：

    脏读:第一个事物读取第二事物正在更新的数据，如果更新语句尚未完成，则第一个事物读取到的只是一个过程中的数据，而并非真实的结果。oracle的事物默认是：read committed(提交读)， 不会出现该问题
   排他锁 ：当变更数据，获取排他锁。
   共享锁：查询获取共享锁，数据可以被多线程获取多个共享锁。获取了共享锁，再获取排他锁，需要等待共享锁结束。

 

Java解决数据库的类似问题
   脏读:violation 关键字，可见性 如64bit的long，double。
   排他锁 ：默认synchronized，ReentrantLock都是排他锁。
   共享锁：实现类ReentrantReadWriteLock ，读写锁。场景：如我们的系统缓存常量数据一般都是读，很少的修改。

并发类介绍-----原子基本变量

   Boolean:AtomicBoolean
   Long:AtomicLong
   引用：AtomicReference
   链表中的大量数据需要包装，使用域的更新，AtomicReferenceFieldUpdater
案例：系统的访问次数，你肯定用一个long sum = 0;
sum++方法，
从计算机的原子操作看是有3步 1.取出sum=0 2.加1 sum+1  3.把加的值放回到sum的区域 sum=1;
并发操作要讲究原子操作，我们一般使用 隐藏锁(synchronized)或显示锁(lock).

并发类介绍---CAS（compare and  swap）
  伪代码：
addOne(){
   for(;;){
     int old = 当前的值;
     int new = old+1;
     if(cas(old,new)){
       return;
      }
    }
}

/**
*这一块是cpu指令实现原子，当替换成功返回true，否则false.
*/
cas(int old,int new){
   if(old==当前的值){//就是刚才的当前值,相同表示没有变化。
      当前的值=new;
      return true;
   }else{//如果不相同表示已经被修改，那么就返回false，上面函数再调用cas..
      return false
   }
}

并发类介绍-----CAS与锁实现比较
    锁的基本实现：A 线程获取锁，B获取锁等待，B释放锁唤醒所有等待线程，B获取锁
    休眠等待需要操作系统的上下文切换，从用户态到系统态的切换，比较慢。
    如果用cas的话，直接是jvm计算，当超级大并发,竞争异常激烈时候，cas就不一定比锁性能更好了，从这些业务算法上看，计算机的科学也是为了解决具体的事情，那些牛人想破脑袋想出来的。

 

并发类介绍-----缓存队列

   数组(array)如：ArrayList 
   数组链相结合产物:HashMap;
   为了并发操作更快速，使用更加简便设计。并发包java.util.concurrent
   有限数组(array):ArrayBlockingQueue，
   并发数组链map:ConcurrentHashMap。
   当map很大时候，添加修改一次需要花费资源越来越大，可以设置成map中多个map，然后计算hash取模，加锁只加其中的一个小map。和数据库的分区类似。分离锁，只对一块数据中的一个区锁定。

并发类介绍----工具类
    信号量，semaphore:如最多5个信号，业务运算时候需要先得到信号(acquire)，在运算，结束后再release。有些像连接池一样，限制的计算量。
    关卡，barrier，实现类：CyclicBarrier，执行完的线程在最后等待，等待最后的线程执行完，然后大家一起结束。
    闭锁,latch, CountDownLatch：等到所有资源集合完毕，等待的线程才能统一的都运行。

 

并发类介绍----线程池工具类
    当创建很多运行时间很多的线程时候，jvm为分配资源的代价越来越高，线程池和数据库连接池类似
    Executors 类下的静态方法，
newFixedThreadPool(int nThreads)；--定长线程池。
newCachedThreadPool(); --根据系统需要创建，然后重用等方法。
   缓慢的劣质化：
当用池后，你的线程不会无限的增长导致内存溢出，在你的控制下，你的系统负载很高时，用户提交的数据在你的jvm中被阻塞，后来又在操作系统层面缓存提交，操作系统不够后只能在路由器缓存，最后路由器就timeout给用户。

 

并发测试：
   垃圾回收会影响你的测试报告,禁止测试时候执行垃圾回收：-verbose:gc
   方法首先运行使用解释字节码方式执行，足够频繁时候会动态编译， 打印编译信息，-XX:+PrintCompilation    
   Jdk有client,server 多种运行模式，发布时候肯定运行于server模式下，该模式下更擅长优化死代码：-server

 

公式定律
   Amdahl定律：当计算资源必须使用串行化占比，然后计算出可提升性能的公式：

   定制java 线程池大小：等待时间（WT）与服务时间（ST）之间的比例。如果我们将这一比例称之为 WT/ST，那么对于一个具有 N 个处理器的系统，需要设置大约 N*(1+WT/ST) 个线程来保持处理器得到充分利用

 

happen-before ：
   编译器为了提高多线程性能，会对代码进行重新排序，基于happen-before 规则才能确定代码执行的先后顺序。
   1.单线程规则：同一个线程中，书写在前面的操作happen-before书写在后面的操作。这条规则是说，在单线程 中操作间happen-before关系完全是由源代码的顺序决定的。
   2.对锁的unlock操作happen-before后续的对同一个锁的lock操作。这里的“后续”指的是时间上的先后关系，unlock操作发 生在退出同步块之后，lock操作发生在进入同步块之前。必须对同一个变量的 所有 读写同步，才能保证不读取到陈旧的数据，仅仅同步读或写是不够的 。 
   3.如果操作A happen-before操作B，操作B happen-before操作C，那么操作A happen-before操作C。称为传递规则。
   可参考： http://www.iteye.com/topic/260515