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  • 《java学习二》并发编程

    多线程创建方式

    1.继承thread类,重写run方法

    CreateThread createThread = new CreateThread();     ------createThread    继承过thread的类

    2。实现runnable接口

    Thread thread = new Thread(createThread);       ----------createThread  是new出来的实现接口的类

    3.匿名内部类

    new  thread(),然后在参数里new runnable接口

    常用线程api方法

    start()

    currentThread()

    getid()

    getname()

    sleep()

    守护线程

    thread.setDaemon(true);         使用setDaemon(true)方法设置为守护线程

     

    多线程运行状态

    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

    范围为1-10,其中10最高,默认值为5。

    // 注意设置了优先级,不代表每次都一定会被执行。只是CPU调度会有限分配

     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)

    如何停止线程?

     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。

    使用flag

    class StopThread implements Runnable {
        private boolean flag = true;
    
        @Override
        public synchronized void run() {
            while (flag) {
                try {
                    wait();
                } catch (Exception e) {
                    //e.printStackTrace();
                    stopThread();
                }
                System.out.println("thread run..");
            }
        }
    
        public void stopThread() {
            flag = false;
        }
    }

        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)。

        3.  使用interrupt方法中断线程。

    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。

    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

    什么是同步代码块?

    答:就是将可能会发生线程安全问题的代码,给包括起来。

    synchronized(同一个数据){

     可能会发生线程冲突问题

    }

    就是同步代码块 

    synchronized(对象)//这个对象可以为任意对象 

        需要被同步的代码 

    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

    同学们思考问题?同步函数用的是什么锁?

    答:同步函数使用this锁。

    证明方式: 一个线程使用同步代码块(this明锁),另一个线程使用同步函数。如果两个线程抢票不能实现同步,那么会出现数据错误。

    静态同步函数

    答: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。

    什么是ThreadLoca

    ThreadLocal提供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。
    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();
        }
    
    }

    ThreadLoca实现原理

    ThreadLoca通过map集合

    Map.put(“当前线程”,值);

    什么是多线程死锁?

       答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放

    多线程有三大特性

    原子性、可见性、有序性

    什么是原子性

    即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。

    一个很经典的例子就是银行账户转账问题

    比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

    我们操作数据也是如此,比如i = i+1;其中就包括,读取i的值,计算i,写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的,则多线程运行肯定会出问题,所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。

    原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分,

    什么是可见性

    当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

    若两个线程在不同的cpu,那么线程1改变了i的值还没刷新到主存,线程2又使用了i,那么这个i值肯定还是之前的,线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。

    什么是有序性

    程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

    一般来说处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下:

    int a = 10;    //语句1

    int r = 2;    //语句2

    a = a + 3;    //语句3

    r = a*a;     //语句4

    则因为重排序,他还可能执行顺序为 2-1-3-4,1-3-2-4
    但绝不可能 2-1-4-3,因为这打破了依赖关系。
    显然重排序对单线程运行是不会有任何问题,而多线程就不一定了,所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

    Java内存模型

    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。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。

    总结:什么是Java内存模型:java内存模型简称jmm,定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,当多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。

    Volatile

    什么是Volatile

    Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。

    Volatile非原子性

    注意: Volatile非原子性

    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。

     

    Vector与ArrayList区别

    HasTable与HasMap

    synchronizedMap

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

     

    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。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。比如有一个任务A,它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行,此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

    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();
            } 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

    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

        // 创建一个计数阈值为5的信号量对象  
            // 只能5个线程同时访问  
            Semaphore semp = new Semaphore(5);  
              
            try {  
                // 申请许可  
                semp.acquire();  
                try {  
                    // 业务逻辑  
                } catch (Exception e) {  
              
                } finally {  
                    // 释放许可  
                    semp.release();  
                }  
            } catch (InterruptedException e) {  
              
            }  

    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。

     

    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。

    线程池的分类

    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。通过传入不同的参数,就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池,那么它的底层原理是怎样实现的呢,这篇就来介绍下ThreadPoolExecutor线程池的运行过程。

    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。

    案例演示:


    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。

    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。

    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,IO密集型任务和混合型任务。

    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。

    一般总结哦,有其他更好的方式,希望各位留言,谢谢。

     

    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。

     

    Java锁的深度化

    悲观锁与乐观锁

    悲观锁:悲观锁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。

    每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。

    Select * from xxx for update;

    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

    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。

    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。

    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。

    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。

     

    分布式锁

    如果想在不同的jvm中保证数据同步,使用分布式锁技术。

    有数据库实现、缓存实现、Zookeeper分布式锁

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