线程

线程

什么是应用程序

就是可执行的软件:QQ、360……,在每一个应用程序中,都会有个进程;

什么是进程

就是执行中的程序,每个进程有多个不同的执行路径,也是多个线程的集合,

一个操作系统有多个进程(cpu执行权的切换);

在进程中,代码是怎么执行的,执行顺序是什么

在任何一个进程中,一定有一个线程就是主线程;

什么是线程

一个执行顺序,一个执行流程、一个执行路径;

使用多线程可以提高程序执行效率。每个线程互不影响,自己独立运行,提高用户体验。

多线程应用场景?

答:主要能体现到多线程提高程序效率。

举例: 迅雷多线程下载、分批发送短信等。

关于多线程的同步和异步

同步就是按顺序执行,如果有一条线程挂了,后面也执行不了

异步就是进行抢占资源拿到cpu的执行权,表面上同时执行,线程间互不影响。

多线程降低程序效率、阻塞、抢锁资源、效率不高。

多线程创建方式

第一种继承Thread类 重写run方法

class CreateThread extends Thread {
	// run方法中编写 多线程需要执行的代码
	public void run() {
		for (inti = 0; i< 10; i++) {
			System.out.println("i:" + i);
		}
	}
}
publicclass ThreadDemo {

	publicstaticvoid main(String[] args) {
		System.out.println("-----多线程创建开始-----");
		// 1.创建一个线程
		CreateThread createThread = new CreateThread();
		// 2.开始执行线程 注意 开启线程不是调用run方法,而是start方法
		System.out.println("-----多线程创建启动-----");
		createThread.start();
		System.out.println("-----多线程创建结束-----");
	}

}

第二种实现Runnable接口,重写run方法

class CreateRunnable implements Runnable {

	@Override
	publicvoid run() {
		for (inti = 0; i< 10; i++) {
			System.out.println("i:" + i);
		}
	}

}

publicclass ThreadDemo2 {
	publicstaticvoid main(String[] args) {
		System.out.println("-----多线程创建开始-----");
		// 1.创建一个线程
		CreateRunnable createThread = new CreateRunnable();
		// 2.开始执行线程 注意 开启线程不是调用run方法,而是start方法
		System.out.println("-----多线程创建启动-----");
		Thread thread = new Thread(createThread);
		thread.start();
		System.out.println("-----多线程创建结束-----");
	}
}

使用继承Thread类还是使用实现Runnable接口好?

使用实现实现Runnable接口好,原因实现了接口还可以继续继承,继承了类不能再继承。以后的开发都是面向接口编程。

第三种使用匿名内部类方式

	 System.out.println("-----多线程创建开始-----");
		 Thread thread = new Thread(new Runnable() {
			public void run() {
				for (int i = 0; i< 10; i++) {
					System.out.println("i:" + i);
				}
			}
		});
		 thread.start();
		 System.out.println("-----多线程创建结束-----");

常用线程api 方法  
start() 启动线程
currentThread() 获取当前线程对象
getID() 获取当前线程ID Thread-编号 该编号从0开始
getName() 获取当前线程名称
sleep(long mill) 休眠线程
Stop() 停止线程,
常用线程构造函数  
Thread() 分配一个新的 Thread 对象
Thread(String name) 分配一个新的 Thread对象,具有指定的 name正如其名。
Thread(Runable r) 分配一个新的 Thread对象
Thread(Runable r, String name) 分配一个新的 Thread对象

守护线程

Java中有两种线程,一种是用户线程,另一种是守护线程(GC线程)。

用户线程是指用户自定义创建的线程,主线程停止,用户线程不会停止

守护线程当进程不存在或主线程停止,守护线程也会被停止。

使用setDaemon(true)方法设置为守护线程(后台运行下载)

多线程运行状态

线程从创建、运行到结束总是处于下面五个状态之一:新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态及死亡状态。

新建状态

当用new操作符创建一个线程时, 例如new Thread(r),线程还没有开始运行,此时线程处在新建状态。 当一个线程处于新生状态时,程序还没有开始运行线程中的代码

就绪状态

一个新创建的线程并不自动开始运行,要执行线程,必须调用线程的start()方法。当线程对象调用start()方法即启动了线程,start()方法创建线程运行的系统资源,并调度线程运行run()方法。当start()方法返回后,线程就处于就绪状态。等待cpu调度。

​ 处于就绪状态的线程并不一定立即运行run()方法,线程还必须同其他线程竞争CPU时间,只有获得CPU时间才可以运行线程。因为在单CPU的计算机系统中,不可能同时运行多个线程,一个时刻仅有一个线程处于运行状态。因此此时可能有多个线程处于就绪状态。对多个处于就绪状态的线程是由Java运行时系统的线程调度程序(thread scheduler)来调度的。

运行状态

当线程获得CPU时间后,它才进入运行状态,真正开始执行run()方法.

阻塞状态

​ 线程运行过程中,可能由于各种原因进入阻塞状态: ​ 1>线程通过调用sleep方法进入睡眠状态; ​ 2>线程调用一个在I/O上被阻塞的操作,即该操作在输入输出操作完成之前不会返回到它的调用者; ​ 3>线程试图得到一个锁,而该锁正被其他线程持有; ​ 4>线程在等待某个触发条件;

死亡状态

有两个原因会导致线程死亡: 1) run方法正常退出而自然死亡, ​ 2) 一个未捕获的异常终止了run方法而使线程猝死。 为了确定线程在当前是否存活着(就是要么是可运行的,要么是被阻塞了),需要使用isAlive方法。如果是可运行或被阻塞,这个方法返回true; 如果线程仍旧是new状态且不是可运行的, 或者线程死亡了,则返回false。

join()方法作用

join作用是让其他线程变为等待, t1.join();// 让其他线程变为等待,直到当前t1线程执行完毕,才释放。

thread.Join把指定的线程加入到当前线程,可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。比如在线程B中调用了线程A的Join()方法,直到线程A执行完毕后,才会继续执行线程B。

优先级

现代操作系统基本采用时分的形式调度运行的线程,线程分配得到的时间片的多少决定了线程使用处理器资源的多少,也对应了线程优先级这个概念。在JAVA线程中,通过一个int priority来控制优先级,范围为1-10,其中10最高,默认值为5。下面是源码(基于1.8)中关于priority的一些量和方法。t1.setPriority(10);

Yield方法

Thread.yield()方法的作用:暂停当前正在执行的线程,并执行其他线程。(可能没有效果)

yield()让当前正在运行的线程回到可运行状态,以允许具有相同优先级的其他线程获得运行的机会。因此,使用yield()的目的是让具有相同优先级的线程之间能够适当的轮换执行。但是,实际中无法保证yield()达到让步的目的,因为,让步的线程可能被线程调度程序再次选中。

结论:大多数情况下,yield()将导致线程从运行状态转到可运行状态,但有可能没有效果。

现在有T1、T2、T3三个线程,你怎样保证T2在T1执行完后执行,T3在T2执行完后执行 【内部分别调上一个方法的join()】

线程安全

在多个线程之间共享同个全局变量或静态变量的时候,保证数据的一致性和原子性。

为什么有线程安全问题?

当多个线程同时共享,同一个全局变量或静态变量,做写的操作时,可能会发生数据冲突问题,也就是线程安全问题。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。(抢票问题)

线程安全解决办法:

问:如何解决多线程之间线程安全问题?

答:使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。

问:为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢?

答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题),只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁,让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。

问:什么是多线程之间同步?

答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。

同步代码块

对象如同锁,持有锁的线程可以在同步中执行

没持有锁的线程即使获取CPU的执行权,也进不去

同步的前提:

1,必须要有两个或者两个以上的线程

2,必须是多个线程使用同一个锁

必须保证同步中只能有一个线程在运行

好处:解决了多线程的安全问题

弊端:多个线程需要判断锁,较为消耗资源、抢锁的资源。

同步函数

什么是同步函数?

答:在方法上修饰synchronized 称为同步函数

同步函数用的是什么锁?

答:同步函数使用this锁。

静态同步函数

什么是静态同步函数?

方法上加上static关键字,使用synchronized 关键字修饰 或者使用类.class文件。

静态的同步函数使用的锁是 该函数所属字节码文件对象

可以用 getClass方法获取,也可以用当前 类名.class 表示。

synchronized 修饰方法使用锁是当前this锁

synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件

多线程死锁

同步中嵌套同步,导致锁无法释放

class ThreadTrain6 implements Runnable {
	// 这是货票总票数,多个线程会同时共享资源
	private int trainCount = 100;
	public boolean flag = true;
	private Object mutex = new Object();

	@Override
	public void run() {
		if (flag) {
			while (true) {
				synchronized (mutex) {
					// 锁(同步代码块)在什么时候释放? 代码执行完, 自动释放锁.
					// 如果flag为true 先拿到 obj锁,在拿到this 锁、 才能执行。
					// 如果flag为false先拿到this,在拿到obj锁,才能执行。
					// 死锁解决办法:不要在同步中嵌套同步。
					sale();
				}
			}
		} else {
			while (true) {
				sale();
			}
		}
	}

	public synchronized void sale() {
		synchronized (mutex) {
			if (trainCount > 0) {
				try {
					Thread.sleep(40);
				} catch (Exception e) {

				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
				trainCount--;
			}
		}
	}
}

public class DeadlockThread {

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

		ThreadTrain6 threadTrain = new ThreadTrain6(); // 定义 一个实例
		Thread thread1 = new Thread(threadTrain, "一号窗口");
		Thread thread2 = new Thread(threadTrain, "二号窗口");
		thread1.start();
		Thread.sleep(40);
		threadTrain.flag = false;
		thread2.start();
	}

}

Java内存模型

多线程三大特性:

原子性(独一无二、一致性、保证线程安全问题)

可见性(线程不可见)

有序性(join)

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM),JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。jmm主要分为主内存(存放共享数据)、本地私有内存(存放主内存中共享数据的副本)

从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

ss

Volatile

什么是Volatile

Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。

class ThreadVolatileDemo extends Thread {
	public boolean flag = true;
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("开始执行子线程....");
		while (flag) {
		}
		System.out.println("线程停止");
	}
	public void setRuning(boolean flag) {
		this.flag = flag;
	}

}

public class ThreadVolatile {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
		threadVolatileDemo.start();
		Thread.sleep(3000);
		threadVolatileDemo.setRuning(false);
		System.out.println("flag 已经设置成false");
		Thread.sleep(1000);
		System.out.println(threadVolatileDemo.flag);
		//不停顿就没关系
	}
}

已经将结果设置为false为什么?还一直在运行呢。

原因:线程之间是不可见的,读取的是副本,没有及时读取到主内存结果。

解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值,但不能保证线程安全问题

使用AtomicInteger原子类

AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类,通过线程安全的方式操作加减。

public class VolatileNoAtomic extends Thread {
	static int count = 0;
	private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			//等同于i++
			atomicInteger.incrementAndGet();
		}
		System.out.println(count);
	}

	public static void main(String[] args) {
		// 初始化10个线程
		VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			// 创建
			volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();
		}
		for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {
			volatileNoAtomic[i].start();
		}
	}

}

volatile与synchronized区别

仅靠volatile不能保证线程的安全性。(原子性)

①volatile轻量级,只能修饰变量。synchronized重量级,还可修饰方法

②volatile只能保证数据的可见性,不能用来同步,因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。

synchronized不仅保证可见性,而且还保证原子性,因为,只有获得了锁的线程才能进入临界区,从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时,会出现阻塞。

线程安全性

线程安全性包括两个方面,①可见性。②原子性。

从上面自增的例子中可以看出:仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。

ThreadLocal

什么是ThreadLocal

ThreadLocal提高一个线程的局部变量,访问某个线程拥有自己局部变量。

当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单,只有4个方法,我们先来了解一下:

  • void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。

  • public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

  • public void remove()将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存的占用,该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是,当线程结束后,对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作,但它可以加快内存回收的速度。

  • protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值,该方法是一个protected的方法,显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法,在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行,并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

多线程之间如何实现通讯

多个线程对同一个共享资源操作不同,就需要实现通讯。生产者——消息中间——消费者

需求:第一个线程写入(input)用户,另一个线程取读取(out)用户.实现读一个,写一个操作。线程并发的时候,一读一写有可能导致消费者还没读完上一个值,就又被生产者改了值。存在线程安全问题,需要两个线程都要同步。(同一把锁)。就用共享的资源做锁。【对读写线程分别加上同一对象锁形成通讯】

wait()、notify、notifyAll()方法

wait()、notify()、notifyAll()是三个定义在Object类里的方法,可以用来控制线程的状态。

这三个方法最终调用的都是jvm级的native方法。随着jvm运行平台的不同可能有些许差异。

如果对象调用了wait方法就会使持有该对象的线程把该对象的控制权交出去,然后处于等待状态。

如果对象调用了notify方法就会通知某个正在等待这个对象的控制权的线程可以继续运行。

如果对象调用了notifyAll方法就会通知所有等待这个对象控制权的线程继续运行。

注意:一定要在线程同步中使用,并且是同一个锁的资源

wait与sleep区别?

wait用于同步中,可以释放锁的资源

sleep不会释放

wait需要notify才能从休眠状态变为运动状态(都是做休眠)

JDK1.5-Lock

在 jdk1.5 之后,并发包中新增了 Lock 接口(以及相关实现类)用来实现锁功能,Lock 接口提供了与 synchronized 关键字类似的同步功能,但需要在使用时手动获取锁和释放锁,灵活性高。

Lock lock  = new ReentrantLock();
lock.lock();
try{
//可能会出现线程安全的操作
}finally{
//一定在finally中释放锁
//也不能把获取锁在try中进行,因为有可能在获取锁的时候抛出异常
  lock.ublock();
}

注意将释放锁放在finally里面,在程序报错的时候,保证也能释放锁

Lock 接口与 synchronized 关键字的区别

Lock 接口可以尝试非阻塞地获取锁 当前线程尝试获取锁。如果这一时刻锁没有被其他线程获取到,则成功获取并持有锁。 Lock 接口能被中断地获取锁 与 synchronized 不同,获取到锁的线程能够响应中断,当获取到的锁的线程被中断时,中断异常将会被抛出,同时锁会被释放。(c必须手动释放锁,s遇到异常直接释放)

Lock 接口在指定的截止时间之前获取锁,如果截止时间到了依旧无法获取锁,则返回。

Condition用法

Condition的功能类似于在传统的线程技术中的,Object.wait()和Object.notify()的功能。

Condition condition = lock.newCondition();
res. condition.await();  类似wait
res. Condition. Signal() 类似notify

案例

class Res {
	public String userName;
	public String sex;
	public boolean flag = false;
	Lock lock = new ReentrantLock();
}

class InputThread extends Thread {
	private Res res;
	Condition newCondition;
	public InputThread(Res res,	Condition newCondition) {
		this.res = res;
		this.newCondition=newCondition;
	}

	@Override
	public void run() {
		int count = 0;
		while (true) {
			// synchronized (res) {

			try {
				res.lock.lock();
				if (res.flag) {
					try {
//						res.wait();
						newCondition.await();
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
				}
				if (count == 0) {
					res.userName = "余胜军";
					res.sex = "男";
				} else {
					res.userName = "小红";
					res.sex = "女";
				}
				count = (count + 1) % 2;
				res.flag = true;
//				res.notify();
				newCondition.signal();
			} catch (Exception e) {
				// TODO: handle exception
			}finally {
				res.lock.unlock();
			}
		}

		// }
	}
}

class OutThrad extends Thread {
	private Res res;
	private Condition newCondition;
	public OutThrad(Res res,Condition newCondition) {
		this.res = res;
		this.newCondition=newCondition;
	}

	@Override
	public void run() {
		while (true) {
//			synchronized (res) {
			try {
				res.lock.lock();
				if (!res.flag) {
					try {
//						res.wait();
						newCondition.await();
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
				}
				System.out.println(res.userName + "," + res.sex);
				res.flag = false;
//				res.notify();
				newCondition.signal();
			} catch (Exception e) {
				// TODO: handle exception
			}finally {
				res.lock.unlock();
			}
//			}
		}

	}
}

public class ThreadDemo01 {

	public static void main(String[] args) {
		Res res = new Res();
		Condition newCondition = res.lock.newCondition();
		InputThread inputThread = new InputThread(res,newCondition);
		OutThrad outThrad = new OutThrad(res,newCondition);
		inputThread.start();
		outThrad.start();
	}

}

停止线程思路

​ \1. 使用退出标志,使线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止。

​ \2. 使用stop方法强行终止线程(这个方法不推荐使用,因为stop和suspend、resume一样,也可能发生不可预料的结果,不可恢复,不可回滚)。

​ \3. 使用interrupt方法中断线程。让当前等待的线程直接抛出异常

什么是ThreadLocal

ThreadLocal提高一个线程的局部变量,访问某个线程拥有自己局部变量。

当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。底层通过map实现

class Res {
	// 生成序列号共享变量
	public static Integer count = 0;
	public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
		protected Integer initialValue() {

			return 0;
		};

	};

	public Integer getNum() {
		int count = threadLocal.get() + 1;
		threadLocal.set(count);
		return count;
	}
}

public class ThreadLocaDemo2 extends Thread {
	private Res res;

	public ThreadLocaDemo2(Res res) {
		this.res = res;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum());
		}

	}

	public static void main(String[] args) {
		Res res = new Res();
		ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res);
		ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res);
		ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res);
		threadLocaDemo1.start();
		threadLocaDemo2.start();
		threadLocaDemo3.start();
	}

}

java并发包&线程池原理分析&锁的深度化

Vector与ArrayList区别

1.ArrayList是最常用的List实现类,内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔,当数组大小不满足时需要增加存储能力,就要讲已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。

2.Vector与ArrayList一样,也是通过数组实现的,不同的是它支持线程的同步,即某一时刻只有一个线程能够写Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性,但实现同步需要很高的花费,因此,访问它比访问ArrayList慢

注意: Vector线程安全、ArrayList不安全(读写改方法没有加synchronize关键字)

HasTable与HasMap

实现原理:链表加数组 hashcode取模得到下标位置,一致性取模算法

1.HashMap不是线程安全的

HastMap是一个接口 是map接口的子接口,是将键映射到值的对象,其中键和值都是对象,并且不能包含重复键,但可以包含重复值。HashMap允许null key和null value,而hashtable不允许。

2.HashTable是线程安全的一个Collection。

3.HashMap是Hashtable的轻量级实现(非线程安全的实现),他们都完成了Map接口,主要区别在于HashMap允许空(null)键值(key),由于非线程安全,效率上可能高于Hashtable。 HashMap允许将null作为一个entry的key或者value,而Hashtable不允许。 HashMap把Hashtable的contains方法去掉了,改成containsvalue和containsKey。

注意: HashTable线程安全,HashMap线程不安全。

synchronizedMap

Collections.synchronized*(m) 将线程不安全的集合变为线程安全集合

(Collections是一个工具类,sort可以对集合进行排序)

ConcurrentHashMap

ConcurrentMap接口下有俩个重要的实现 : ConcurrentHashMap ConcurrentskipListMap (支持并发排序功能。弥补ConcurrentHas hMa p) ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分,每个段其实就是一个 小的HashTable,它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上,它们就可以并 发进行(分段锁)。把一个整体分成了16个段(Segment.也就是最高支持16个线程的并发修改操作。 这也是在重线程场景时减小锁的粒度从而降低锁竞争的一种方案。并且代码中大多共享变 量使用volatile关键字声明,目的是第一时间获取修改的内容,性能非常好。

CountDownLatch

CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下,利用它可以实现类似计数器的功能

public class Test002 {

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		System.out.println("等待子线程执行完毕...");
		CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
		new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "开始执行...");
				countDownLatch.countDown();// 每次减去1
				System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "结束执行...");
			}
		}).start();
		new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "开始执行...");
				countDownLatch.countDown();
				System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "结束执行...");
			}
		}).start();

		countDownLatch.await();// 调用当前方法主线程阻塞  countDown结果为0, 阻塞变为运行状态
		System.out.println("两个子线程执行完毕....");
		System.out.println("继续主线程执行..");
	}

}

CyclicBarrier

CyclicBarrier初始化时规定一个数目,然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时,所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。

CyclicBarrier就象它名字的意思一样,可看成是个障碍, 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。

CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数, 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后,所有其它线程被唤醒前被执行。

class Writer extends Thread {
	private CyclicBarrier cyclicBarrier;
	public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier){
		 this.cyclicBarrier=cyclicBarrier;
	}
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + ",正在写入数据");
		try {
			Thread.sleep(3000);
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
		}
		System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + ",写入数据成功.....");

		try {
			cyclicBarrier.await();//在这之前的所有动作执行完了在执行后面
		} catch (Exception e) {
		}
		System.out.println("所有线程执行完毕..........");
	}

}

public class Test001 {

	public static void main(String[] args) {
		CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(5);
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			Writer writer = new Writer(cyclicBarrier);
			writer.start();
		}
	}

}

Semaphore

[ˈseməfɔ:(r)]

Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值,基于此,多个线程竞争获取许可信号,做自己的申请后归还,超过阈值后,线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池,资源池之类的,比如数据库连接池,我们也可以创建计数为1的Semaphore,将其作为一种类似互斥锁的机制,这也叫二元信号量,表示两种互斥状态。它的用法如下:

availablePermits函数用来获取当前可用的资源数量

wc.acquire(); //申请资源

wc.release();// 释放资源

class Parent implements Runnable {
	private String name;
	private Semaphore wc;
	public Parent(String name,Semaphore wc){
		this.name=name;
		this.wc=wc;
	}
	@Override
	public void run() {
		try {
			// 剩下的资源(剩下的茅坑)
			int availablePermits = wc.availablePermits();
			if (availablePermits > 0) {
				System.out.println(name+"天助我也,终于有茅坑了...");
			} else {
				System.out.println(name+"怎么没有茅坑了...");
			}
			//申请茅坑 如果资源达到3次,就等待
			wc.acquire();
			System.out.println(name+"终于轮我上厕所了..爽啊");
			   Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); // 模拟上厕所时间。
			System.out.println(name+"厕所上完了...");
			wc.release();

		} catch (Exception e) {

		}
	}
}
public class TestSemaphore02 {
	public static void main(String[] args) {
		// 一个厕所只有3个坑位,但是有10个人来上厕所,那怎么办?假设10的人的编号分别为1-10,并且1号先到厕所,10号最后到厕所。那么1-3号来的时候必然有可用坑位,顺利如厕,4号来的时候需要看看前面3人是否有人出来了,如果有人出来,进去,否则等待。同样的道理,4-10号也需要等待正在上厕所的人出来后才能进去,并且谁先进去这得看等待的人是否有素质,是否能遵守先来先上的规则。
         Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
		for (int i = 1; i <=10; i++) {
			 Parent parent = new Parent("第"+i+"个人,",semaphore);
			 new Thread(parent).start();
		}
	}
}

并发队列

在并发队列上JDK提供了两套实现,一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队

列,一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列,无论哪种都继承自Queue。

ConcurrentLinkedDeque

ConcurrentLinkedQueue : 是一个适用于高并发场景下的队列,通过无锁的方式,实现 了高并发状态下的高性能,通常ConcurrentLinkedQueue性能好于BlockingQueue.它 是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。头是最先 加入的,尾是最近加入的,该队列不允许null元素。 ConcurrentLinkedQueue重要方法: add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中这俩个方法没有任何区别) poll() 和peek() 都是取头元素节点,区别在于前者会删除元素,后者不会。

BlockingQueue

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:

在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。 当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。

	ArrayBlockingQueue<String> arrays = new ArrayBlockingQueue<String>(3);
	arrays.add("李四");
	 arrays.add("张军");
	arrays.add("张军");
	// 添加阻塞队列
	arrays.offer("张三", 1, TimeUnit.SECONDS);

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列,它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注意,PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现java.lang.Comparable接口,队列优先级的排序规则就是按照我们对这个接口的实现来定义的。另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。

使用BlockingQueue模拟生产者与消费者

class ProducerThread implements Runnable {
	private BlockingQueue queue;
	private volatile boolean flag = true;
	private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
	public ProducerThread(BlockingQueue queue) {
		this.queue = queue;
	}

	@Override
	public void run() {
		try {
			System.out.println("生产线程启动...");
			while (flag) {
				System.out.println("正在生产数据....");
				String data = count.incrementAndGet()+"";
				// 将数据存入队列中
				boolean offer = queue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS);
				if (offer) {
					System.out.println("生产者,存入" + data + "到队列中,成功.");
				} else {
					System.out.println("生产者,存入" + data + "到队列中,失败.");
				}
				Thread.sleep(1000);
			}
		} catch (Exception e) {

		} finally {
			System.out.println("生产者退出线程");
		}

	}

	public void stop() {
		this.flag = false;
	}
}

class ConsumerThread implements Runnable {
	private BlockingQueue<String> queue;
	private volatile boolean flag = true;

	public ConsumerThread(BlockingQueue<String> queue) {
		this.queue = queue;

	}

	@Override
	public void run() {
		System.out.println("消费线程启动...");
		try {
			while (flag) {
				System.out.println("消费者,正在从队列中获取数据..");
				String data = queue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);
				if (data != null) {
					System.out.println("消费者,拿到队列中的数据data:" + data);
					Thread.sleep(1000);
				} else {
					System.out.println("消费者,超过2秒未获取到数据..");
					flag = false;
				}


			}
		} catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();
		} finally {
			System.out.println("消费者退出线程...");
		}

	}

}

public class ProducerAndConsumer {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(10);
		ProducerThread producerThread1 = new ProducerThread(queue);
		ProducerThread producerThread2 = new ProducerThread(queue);
		ConsumerThread consumerThread1 = new ConsumerThread(queue);
        Thread t1 = new Thread(producerThread1);
        Thread t2 = new Thread(producerThread2);
        Thread c1 = new Thread(consumerThread1);
        t1.start();
        t2.start();
        c1.start();

        // 执行10s
        Thread.sleep(10 * 1000);
        producerThread1.stop();
        producerThread2.stop();

	}
}

线程池原理分析&锁的深度化

什么是线程池

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或并发执行任务的程序 都可以使用线程池。在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。 第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。 第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。 第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源, 还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是,要做到合理利用 线程池,必须对其实现原理了如指掌。

线程池作用

线程池是为突然大量爆发的线程设计的,通过有限的几个固定线程为大量的操作服务,减少了创建和销毁线程所需的时间,从而提高效率。

如果一个线程的时间非常长,就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作,而是不宜。),况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

线程池的合理配置:CPU密集、IO密集

ThreadPoolExecutor

Executor框架的最顶层实现是ThreadPoolExecutor类,Executors工厂类中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已

corePoolSize: 核心池的大小。 当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中 maximumPoolSize: 线程池最大线程数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程; keepAliveTime: 表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。 unit: 参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:

线程池四种创建方式

Java通过Executors(jdk1.5并发包)提供四种线程池,分别为: newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。 newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。 newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。 newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。

		// 无限大小线程池 jvm自动回收
		ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int temp = i;
			newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					try {
						Thread.sleep(100);
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i:" + temp);
				}
			});
		}

总结: 线程池为无限大,当执行第二个任务时第一个任务已经完成,会复用执行第一个任务的线程,而不用每次新建线程

newFixedThreadPool

创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。

ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int temp = i;
			newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ",i:" + temp);

				}
			});
		}

总结:因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行

ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int temp = i;
			newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
				public void run() {
					System.out.println("i:" + temp);
				}
			}, 3, TimeUnit.SECONDS);//表示延迟3秒执行。
}

newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行

	ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int index = i;
			newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					System.out.println("index:" + index);
					try {
						Thread.sleep(200);
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
				}
			});//注意: 结果依次输出,相当于顺序执行各个任务。
		}

线程池原理剖析

提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务,如果不是(核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建)则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务,则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满,如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态,如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

ss

合理配置线程池

要想合理的配置线程池,就必须首先分析任务特性,可以从以下几个角度来进行分析:

任务的性质:CPU密集型任务(没必要创建很多线程,直接采用线程复用就可以,频繁调度),IO密集型任务和混合型任务(操作数据库,IO等待,阻塞)。

任务的优先级:高,中和低。

任务的执行时间:长,中和短。

任务的依赖性:是否依赖其他系统资源,如数据库连接。

任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量,如配置Ncpu+1个线程的线程池。IO密集型任务则由于需要等待IO操作,线程并不是一直在执行任务,则配置尽可能多的线程,如2*Ncpu。混合型的任务,如果可以拆分,则将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务,只要这两个任务执行的时间相差不是太大,那么分解后执行的吞吐率要高于串行执行的吞吐率,如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解。我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。

优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先得到执行,需要注意的是如果一直有优先级高的任务提交到队列里,那么优先级低的任务可能永远不能执行。

执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理,或者也可以使用优先级队列,让执行时间短的任务先执行。

依赖数据库连接池的任务,因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果,如果等待的时间越长CPU空闲时间就越长,那么线程数应该设置越大,这样才能更好的利用CPU。

CPU密集型时,任务可以少配置线程数,大概和机器的cpu核数相当,这样可以使得每个线程都在执行任务

IO密集型时,大部分线程都阻塞,故需要多配置线程数,2*cpu核数

操作系统之名称解释:

某些进程花费了绝大多数时间在计算上,而其他则在等待I/O上花费了大多是时间,

前者称为计算密集型(CPU密集型)computer-bound,后者称为I/O密集型,I/O-bound。

悲观锁、乐观锁、排他锁

乐观锁:乐观锁会乐观的认为每次查询都不会造成更新丢失,利用版本字段控制,版本标识

悲观的认为每一次操作都会造成更新丢失问题,在每次查询时加上排他锁。效率低。多个请求时只让一个进行操作

悲观锁:Select * from xxx for update;

ss

重入锁

锁作为并发共享数据,保证一致性的工具,在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利。

重入锁,也叫做递归锁,指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ,内层递归函数仍然有获取该锁的代码,但不受影响。 在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入锁

public class Test implements Runnable {
	public  synchronized void get() {
		System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " get();");
		set();
	}

	public synchronized  void set() {
		System.out.println("name:" + Thread.currentThread().getName() + " set();");
	}

	@Override

	public void run() {
		get();
	}

	public static void main(String[] args) {
		Test ss = new Test();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
	}
}
public class Test02 extends Thread {
	ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	public void get() {
		lock.lock();
		System.out.println(Thread.currentThread().getId());
		set();
		lock.unlock();
	}
	public void set() {
		lock.lock();
		System.out.println(Thread.currentThread().getId());
		lock.unlock();
	}
	@Override
	public void run() {
		get();
	}
	public static void main(String[] args) {
		Test ss = new Test();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
		new Thread(ss).start();
	}

}

读写锁

相比Java中的锁(Locks in Java)里Lock实现,读写锁更复杂一些。假设你的程序中涉及到对一些共享资源的读和写操作,且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候,两个线程同时读一个资源没有任何问题,所以应该允许多个线程能在同时读取共享资源。但是如果有一个线程想去写这些共享资源,就不应该再有其它线程对该资源进行读或写(译者注:也就是说:读-读能共存,读-写不能共存,写-写不能共存)。这就需要一个读/写锁来解决这个问题。Java5在java.util.concurrent包中已经包含了读写锁。尽管如此,我们还是应该了解其实现背后的原理。

public class Cache {
	static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
	static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
	static Lock r = rwl.readLock();
	static Lock w = rwl.writeLock();

	// 获取一个key对应的value
	public static final Object get(String key) {
		r.lock();
		try {
			System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 开始");
			Thread.sleep(100);
			Object object = map.get(key);
			System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 结束");
			System.out.println();
			return object;
		} catch (InterruptedException e) {

		} finally {
			r.unlock();
		}
		return key;
	}

	// 设置key对应的value,并返回旧有的value
	public static final Object put(String key, Object value) {
		w.lock();
		try {

			System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "开始.");
			Thread.sleep(100);
			Object object = map.put(key, value);
			System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "结束.");
			System.out.println();
			return object;
		} catch (InterruptedException e) {

		} finally {
			w.unlock();
		}
		return value;
	}

	// 清空所有的内容
	public static final void clear() {
		w.lock();
		try {
			map.clear();
		} finally {
			w.unlock();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					Cache.put(i + "", i + "");
				}

			}
		}).start();
		new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					Cache.get(i + "");
				}
			}
		}).start();
	}
}

CAS无锁机制

(1)与锁相比,使用比较交换(下文简称CAS)会使程序看起来更加复杂一些。但由于其非阻塞性,它对死锁问题天生免疫,并且,线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是,使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销,也没有线程间频繁调度带来的开销,因此,它要比基于锁的方式拥有更优越的性能。

(2)无锁的好处:

第一,在高并发的情况下,它比有锁的程序拥有更好的性能;

第二,它天生就是死锁免疫的。

就凭借这两个优势,就值得我们冒险尝试使用无锁的并发。

(3)CAS算法的过程是这样:它包含三个参数CAS(V,E,N): V表示要更新的变量,E表示预期值,N表示新值。仅当V值等于E值时,才会将V的值设为N,如果V值和E值不同,则说明已经有其他线程做了更新,则当前线程什么都不做。最后,CAS返回当前V的真实值。

(4)CAS操作是抱着乐观的态度进行的,它总是认为自己可以成功完成操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时,只有一个会胜出,并成功更新,其余均会失败。失败的线程不会被挂起,仅是被告知失败,并且允许再次尝试,当然也允许失败的线程放弃操作。基于这样的原理,CAS操作即使没有锁,也可以发现其他线程对当前线程的干扰,并进行恰当的处理。

(5)简单地说,CAS需要你额外给出一个期望值,也就是你认为这个变量现在应该是什么样子的。如果变量不是你想象的那样,那说明它已经被别人修改过了。你就重新读取,再次尝试修改就好了。

(6)在硬件层面,大部分的现代处理器都已经支持原子化的CAS指令。在JDK 5.0以后,虚拟机便可以使用这个指令来实现并发操作和并发数据结构,并且,这种操作在虚拟机中可以说是无处不在。

AutomicInterger底层cas无锁机制保证线程安全

自旋锁

自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的,当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区。如下

	private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();
	public void lock() {
		Thread current = Thread.currentThread();
		while (!sign.compareAndSet(null, current)) {
          }
	}
	public void unlock() {
		Thread current = Thread.currentThread();
		sign.compareAndSet(current, null);
	}
public class Test implements Runnable {
	static int sum;
	private SpinLock lock;

	public Test(SpinLock lock) {
		this.lock = lock;
	}

	/**
	 * @param args
	 * @throws InterruptedException
	 */
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		SpinLock lock = new SpinLock();
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			Test test = new Test(lock);
			Thread t = new Thread(test);
			t.start();
		}

		Thread.currentThread().sleep(1000);
		System.out.println(sum);
	}

	@Override
	public void run() {
		this.lock.lock();
		this.lock.lock();
		sum++;
		this.lock.unlock();
		this.lock.unlock();
	}

}

当一个线程 调用这个不可重入的自旋锁去加锁的时候没问题,当再次调用lock()的时候,因为自旋锁的持有引用已经不为空了,该线程对象会误认为是别人的线程持有了自旋锁

使用了CAS原子操作,lock函数将owner设置为当前线程,并且预测原来的值为空。unlock函数将owner设置为null,并且预测值为当前线程。

当有第二个线程调用lock操作时由于owner值不为空,导致循环一直被执行,直至第一个线程调用unlock函数将owner设置为null,第二个线程才能进入临界区。

由于自旋锁只是将当前线程不停地执行循环体,不进行线程状态的改变,所以响应速度更快。但当线程数不停增加时,性能下降明显,因为每个线程都需要执行,占用CPU时间。如果线程竞争不激烈,并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。

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