Java Juc学习笔记

Java JUC 简介

在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent (简称
JUC )包,在此包中增加了在并发编程中很常用
的实用工具类,用于定义类似于线程的自定义子
系统,包括线程池、异步 IO 和轻量级任务框架。
提供可调的、灵活的线程池。还提供了设计用于
多线程上下文中的 Collection 实现等

 volatile 关键字-内存可见性

内存可见性

内存可见性(Memory Visibility)

是指当某个线程正在使用对象状态
而另一个线程在同时修改该状态,需要确保当一个线程修改了对象
状态后,其他线程能够看到发生的状态变化。

可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时,我们无
法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值,有时甚
至是根本不可能的事情。

我们可以通过同步来保证对象被安全地发布。除此之外我们也可以
使用一种更加轻量级的 volatile 变量

volatile 关键字

Java 提供了一种稍弱的同步机制,即 volatile 变
量,用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。
可以将 volatile 看做一个轻量级的锁,但是又与
锁有些不同:
对于多线程,不是一种互斥关系
不能保证变量状态的“原子性操作”

/*
 * 一、volatile 关键字：当多个线程进行操作共享数据时，可以保证内存中的数据可见。
 *                       相较于 synchronized 是一种较为轻量级的同步策略。
 * 
 * 注意：
 * 1. volatile 不具备“互斥性”
 * 2. volatile 不能保证变量的“原子性”
 */
public class TestVolatile {
    
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo td = new ThreadDemo();
        new Thread(td).start();
        
        while(true){
            if(td.isFlag()){
                System.out.println("------------------");
                break;
            }
        }
        
    }

}

class ThreadDemo implements Runnable {

    private volatile boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        flag = true;
        
        System.out.println("flag=" + isFlag());

    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

}

原子变量-CAS算法 

CAS 算法

/*
 * 模拟 CAS 算法
 */
public class TestCompareAndSwap {

    public static void main(String[] args) {
        final CompareAndSwap cas = new CompareAndSwap();
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    int expectedValue = cas.get();
                    boolean b = cas.compareAndSet(expectedValue, (int)(Math.random() * 101));
                    System.out.println(b);
                }
            }).start();
        }
        
    }
    
}

class CompareAndSwap{
    private int value;
    
    //获取内存值
    public synchronized int get(){
        return value;
    }
    
    //比较
    public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue){
        int oldValue = value;
        
        if(oldValue == expectedValue){
            this.value = newValue;
        }
        
        return oldValue;
    }
    
    //设置
    public synchronized boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue){
        return expectedValue == compareAndSwap(expectedValue, newValue);
    }
}

CAS (Compare-And-Swap) 是一种硬件对并发的支持,针对多处理器
操作而设计的处理器中的一种特殊指令,用于管理对共享数据的并
发访问。
CAS 是一种无锁的非阻塞算法的实现。
CAS 包含了 3 个操作数:
需要读写的内存值 V
进行比较的值 A
拟写入的新值 B
当且仅当 V 的值等于 A 时,CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V 的
值,否则不会执行任何操作。

原子变量

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/*
 * 一、i++ 的原子性问题：i++ 的操作实际上分为三个步骤“读-改-写”
 *           int i = 10;
 *           i = i++; //10
 * 
 *           int temp = i;
 *           i = i + 1;
 *           i = temp;
 * 
 * 二、原子变量：在 java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子变量。
 *         1. volatile 保证内存可见性
 *         2. CAS（Compare-And-Swap） 算法保证数据变量的原子性
 *             CAS 算法是硬件对于并发操作的支持
 *             CAS 包含了三个操作数：
 *             ①内存值  V
 *             ②预估值  A
 *             ③更新值  B
 *             当且仅当 V == A 时， V = B; 否则，不会执行任何操作。
 */
public class TestAtomicDemo {

    public static void main(String[] args) {
        AtomicDemo ad = new AtomicDemo();
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ad).start();
        }
    }
    
}

class AtomicDemo implements Runnable{
    
//    private volatile int serialNumber = 0;
    
    private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);

    @Override
    public void run() {
        
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        
        System.out.println(getSerialNumber());
    }
    
    public int getSerialNumber(){
        return serialNumber.getAndIncrement();
    }
    
    
}

类的小工具包,支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。事实上,此包中的类可
将 volatile 值、字段和数组元素的概念扩展到那些也提供原子条件更新操作的类。
类 AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong 和 AtomicReference 的实例各自提供对
相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。
AtomicIntegerArray、AtomicLongArray 和 AtomicReferenceArray 类进一步扩展了原子操
作,对这些类型的数组提供了支持。这些类在为其数组元素提供 volatile 访问语义方
面也引人注目,这对于普通数组来说是不受支持的。
核心方法:boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)
java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子操作的常用类:
AtomicBoolean 、AtomicInteger 、AtomicLong 、 AtomicReference
AtomicIntegerArray 、AtomicLongArray
AtomicMarkableReference
AtomicReferenceArray
AtomicStampedReference

ConcurrentHashMap 锁分段机制

ConcurrentHashMap

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器
的性能。

ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对
与多线程的操作,介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段”
机制替代 Hashtable 的独占锁。进而提高性能。

此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现:
ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、
CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给
定 collection 时,ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap,
ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。当期望的读数和遍历远远
大于列表的更新数时,CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/*
 * CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet : “写入并复制”
 * 注意：添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。
 */
public class TestCopyOnWriteArrayList {

    public static void main(String[] args) {
        HelloThread ht = new HelloThread();
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ht).start();
        }
    }
    
}

class HelloThread implements Runnable{
    
//    private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
    
    private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    
    static{
        list.add("AA");
        list.add("BB");
        list.add("CC");
    }

    @Override
    public void run() {
        
        Iterator<String> it = list.iterator();
        
        while(it.hasNext()){
            System.out.println(it.next());
            
            list.add("AA");
        }
        
    }
    
}

CountDownLatch 闭锁 

CountDownLatch
Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器
的性能。
CountDownLatch 一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作
之前,它允许一个或多个线程一直等待。
闭锁可以延迟线程的进度直到其到达终止状态,闭锁可以用来确保某些活
动直到其他活动都完成才继续执行:
确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行;
确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动;
等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/*
 * CountDownLatch ：闭锁，在完成某些运算是，只有其他所有线程的运算全部完成，当前运算才继续执行
 */
public class TestCountDownLatch {

    public static void main(String[] args) {
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(50);
        LatchDemo ld = new LatchDemo(latch);

        long start = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            new Thread(ld).start();
        }

        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));
    }

}

class LatchDemo implements Runnable {

    private CountDownLatch latch;

    public LatchDemo(CountDownLatch latch) {
        this.latch = latch;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                if (i % 2 == 0) {
                    System.out.println(i);
                }
            }
        } finally {
            latch.countDown();
        }

    }

}

 实现 Callable 接口 

Callable 接口
Java 5.0 在 java.util.concurrent 提供了一个新的创建执行
线程的方式:Callable 接口
Callable 接口类似于 Runnable,两者都是为那些其实例可
能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返
回结果,并且无法抛出经过检查的异常。
Callable 需要依赖FutureTask ,FutureTask 也可以用作闭
锁。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/*
 * 一、创建执行线程的方式三：实现 Callable 接口。 相较于实现 Runnable 接口的方式，方法可以有返回值，并且可以抛出异常。
 * 
 * 二、执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。  FutureTask 是  Future 接口的实现类
 */
public class TestCallable {
    
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo td = new ThreadDemo();
        
        //1.执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。
        FutureTask<Integer> result = new FutureTask<>(td);
        
        new Thread(result).start();
        
        //2.接收线程运算后的结果
        try {
            Integer sum = result.get();  //FutureTask 可用于 闭锁
            System.out.println(sum);
            System.out.println("------------------------------------");
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

class ThreadDemo implements Callable<Integer>{

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        
        for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
            sum += i;
        }
        
        return sum;
    }
    
}

/*class ThreadDemo implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
    }
    
}*/

 Lock 同步锁

显示锁 Lock
在 Java 5.0 之前,协调共享对象的访问时可以使用的机
制只有 synchronized 和 volatile 。Java 5.0 后增加了一些
新的机制,但并不是一种替代内置锁的方法,而是当内
置锁不适用时,作为一种可选择的高级功能。
ReentrantLock 实现了 Lock 接口,并提供了与
synchronized 相同的互斥性和内存可见性。但相较于
synchronized 提供了更高的处理锁的灵活性。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
 * 一、用于解决多线程安全问题的方式：
 * 
 * synchronized:隐式锁
 * 1. 同步代码块
 * 
 * 2. 同步方法
 * 
 * jdk 1.5 后：
 * 3. 同步锁 Lock
 * 注意：是一个显示锁，需要通过 lock() 方法上锁，必须通过 unlock() 方法进行释放锁
 */
public class TestLock {
    
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();
        
        new Thread(ticket, "1号窗口").start();
        new Thread(ticket, "2号窗口").start();
        new Thread(ticket, "3号窗口").start();
    }

}

class Ticket implements Runnable{
    
    private int tick = 100;
    
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            
            lock.lock(); //上锁
            
            try{
                if(tick > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(200);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票，余票为：" + --tick);
                }
            }finally{
                lock.unlock(); //释放锁
            }
        }
    }
    
}

/*
 * 生产者和消费者案例
 */
public class TestProductorAndConsumer {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();
        
        Productor pro = new Productor(clerk);
        Consumer cus = new Consumer(clerk);
        
        new Thread(pro, "生产者 A").start();
        new Thread(cus, "消费者 B").start();
        
        new Thread(pro, "生产者 C").start();
        new Thread(cus, "消费者 D").start();
    }
    
}

/*//店员
class Clerk{
    private int product = 0;
    
    //进货
    public synchronized void get(){//循环次数：0
        while(product >= 1){//为了避免虚假唤醒问题，应该总是使用在循环中
            System.out.println("产品已满！");
            
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);
        this.notifyAll();
    }
    
    //卖货
    public synchronized void sale(){//product = 0; 循环次数：0
        while(product <= 0){
            System.out.println("缺货！");
            
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);
        this.notifyAll();
    }
}

//生产者
class Productor implements Runnable{
    private Clerk clerk;

    public Productor(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            
            clerk.get();
        }
    }
}

//消费者
class Consumer implements Runnable{
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            clerk.sale();
        }
    }
}*/

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
 * 生产者消费者案例：
 */
public class TestProductorAndConsumerForLock {

    public static void main(String[] args) {
        Clerk clerk = new Clerk();

        Productor pro = new Productor(clerk);
        Consumer con = new Consumer(clerk);

        new Thread(pro, "生产者 A").start();
        new Thread(con, "消费者 B").start();

//         new Thread(pro, "生产者 C").start();
//         new Thread(con, "消费者 D").start();
    }

}

class Clerk {
    private int product = 0;

    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    // 进货
    public void get() {
        lock.lock();

        try {
            if (product >= 1) { // 为了避免虚假唤醒，应该总是使用在循环中。
                System.out.println("产品已满！");

                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                }

            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "
                    + ++product);

            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    // 卖货
    public void sale() {
        lock.lock();

        try {
            if (product <= 0) {
                System.out.println("缺货！");

                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "
                    + --product);

            condition.signalAll();

        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

// 生产者
class Productor implements Runnable {

    private Clerk clerk;

    public Productor(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.get();
        }
    }
}

// 消费者
class Consumer implements Runnable {

    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            clerk.sale();
        }
    }

}

Condition 控制线程通信 

Condition
Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用
法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似,但提供了更强大的
功能。需要特别指出的是,单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关
联。为了避免兼容性问题,Condition 方法的名称与对应的 Object 版
本中的不同。
在 Condition 对象中,与 wait、notify 和 notifyAll 方法对应的分别是
await、signal 和 signalAll。
Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得
Condition 实例,请使用其 newCondition() 方法。

线程按序交替

线程按序交替
编写一个程序,开启 3 个线程,这三个线程的 ID 分别为
A、B、C,每个线程将自己的 ID 在屏幕上打印 10 遍,要
求输出的结果必须按顺序显示。
如:ABCABCABC...... 依次递归

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
 * 编写一个程序，开启 3 个线程，这三个线程的 ID 分别为 A、B、C，每个线程将自己的 ID 在屏幕上打印 10 遍，要求输出的结果必须按顺序显示。
 *    如：ABCABCABC…… 依次递归
 */
public class TestABCAlternate {
    
    public static void main(String[] args) {
        AlternateDemo ad = new AlternateDemo();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
                for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                    ad.loopA(i);
                }
                
            }
        }, "A").start();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
                for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                    ad.loopB(i);
                }
                
            }
        }, "B").start();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
                for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                    ad.loopC(i);
                    
                    System.out.println("-----------------------------------");
                }
                
            }
        }, "C").start();
    }

}

class AlternateDemo{
    
    private int number = 1; //当前正在执行线程的标记
    
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    
    /**
     * @param totalLoop : 循环第几轮
     */
    public void loopA(int totalLoop){
        lock.lock();
        
        try {
            //1. 判断
            if(number != 1){
                condition1.await();
            }
            
            //2. 打印
            for (int i = 1; i <= 1; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" + i + "	" + totalLoop);
            }
            
            //3. 唤醒
            number = 2;
            condition2.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void loopB(int totalLoop){
        lock.lock();
        
        try {
            //1. 判断
            if(number != 2){
                condition2.await();
            }
            
            //2. 打印
            for (int i = 1; i <= 1; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" + i + "	" + totalLoop);
            }
            
            //3. 唤醒
            number = 3;
            condition3.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void loopC(int totalLoop){
        lock.lock();
        
        try {
            //1. 判断
            if(number != 3){
                condition3.await();
            }
            
            //2. 打印
            for (int i = 1; i <= 1; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" + i + "	" + totalLoop);
            }
            
            //3. 唤醒
            number = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
}

ReadWriteLock 读写锁

读-写锁 ReadWriteLock
ReadWriteLock 维护了一对相关的锁,一个用于只读操作,
另一个用于写入操作。只要没有 writer,读取锁可以由
多个 reader 线程同时保持。写入锁是独占的。。
ReadWriteLock 读取操作通常不会改变共享资源,但执行
写入操作时,必须独占方式来获取锁。对于读取操作占
多数的数据结构。 ReadWriteLock 能提供比独占锁更高
的并发性。而对于只读的数据结构,其中包含的不变性
可以完全不需要考虑加锁操作

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/*
 * 1. ReadWriteLock : 读写锁
 * 
 * 写写/读写 需要“互斥”
 * 读读 不需要互斥
 * 
 */
public class TestReadWriteLock {

    public static void main(String[] args) {
        ReadWriteLockDemo rw = new ReadWriteLockDemo();
        
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                rw.set((int)(Math.random() * 101));
            }
        }, "Write:").start();
        
        
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    rw.get();
                }
            }).start();
        }
    }
    
}

class ReadWriteLockDemo{
    
    private int number = 0;
    
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    
    //读
    public void get(){
        lock.readLock().lock(); //上锁
        
        try{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + number);
        }finally{
            lock.readLock().unlock(); //释放锁
        }
    }
    
    //写
    public void set(int number){
        lock.writeLock().lock();
        
        try{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            this.number = number;
        }finally{
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

 线程八锁

一个对象里面如果有多个synchronized方法,某一个时刻内,只要一个线程去调用
其中的一个synchronized方法了,其它的线程都只能等待,换句话说,某一个时刻
内,只能有唯一一个线程去访问这些synchronized方法
锁的是当前对象this,被锁定后,其它的线程都不能进入到当前对象的其它的
synchronized方法
加个普通方法后发现和同步锁无关
换成两个对象后,不是同一把锁了,情况立刻变化。
都换成静态同步方法后,情况又变化
所有的非静态同步方法用的都是同一把锁——实例对象本身,也就是说如果一个实
例对象的非静态同步方法获取锁后,该实例对象的其他非静态同步方法必须等待获
取锁的方法释放锁后才能获取锁,可是别的实例对象的非静态同步方法因为跟该实
例对象的非静态同步方法用的是不同的锁,所以毋须等待该实例对象已获取锁的非
静态同步方法释放锁就可以获取他们自己的锁。
所有的静态同步方法用的也是同一把锁——类对象本身,这两把锁是两个不同的对
象,所以静态同步方法与非静态同步方法之间是不会有竞态条件的。但是一旦一个
静态同步方法获取锁后,其他的静态同步方法都必须等待该方法释放锁后才能获取
锁,而不管是同一个实例对象的静态同步方法之间,还是不同的实例对象的静态同
步方法之间,只要它们同一个类的实例对象!11-线程池

/*
 * 题目：判断打印的 "one" or "two" ？
 * 
 * 1. 两个普通同步方法，两个线程，标准打印， 打印? //one  two
 * 2. 新增 Thread.sleep() 给 getOne() ,打印? //one  two
 * 3. 新增普通方法 getThree() , 打印? //three  one   two
 * 4. 两个普通同步方法，两个 Number 对象，打印?  //two  one
 * 5. 修改 getOne() 为静态同步方法，打印?  //two   one
 * 6. 修改两个方法均为静态同步方法，一个 Number 对象?  //one   two
 * 7. 一个静态同步方法，一个非静态同步方法，两个 Number 对象?  //two  one
 * 8. 两个静态同步方法，两个 Number 对象?   //one  two
 * 
 * 线程八锁的关键：
 * ①非静态方法的锁默认为  this,  静态方法的锁为 对应的 Class 实例
 * ②某一个时刻内，只能有一个线程持有锁，无论几个方法。
 */
public class TestThread8Monitor {
    
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Number number2 = new Number();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                number.getOne();
            } 
        }).start();
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
//                number.getTwo();
                number2.getTwo();
            }
        }).start();
        
        /*new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                number.getThree();
            }
        }).start();*/
        
    }

}

class Number{
    
    public static synchronized void getOne(){//Number.class
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        
        System.out.println("one");
    }
    
    public synchronized void getTwo(){//this
        System.out.println("two");
    }
    
    public void getThree(){
        System.out.println("three");
    }
    
}

 线程池 

第四种获取线程的方法:线程池,一个 ExecutorService,它使用可能的几个池线程之
一执行每个提交的任务,通常使用 Executors 工厂方法配置。

线程池可以解决两个不同问题:由于减少了每个任务调用的开销,它们通常可以在
执行大量异步任务时提供增强的性能,并且还可以提供绑定和管理资源(包括执行
任务集时使用的线程)的方法。每个 ThreadPoolExecutor 还维护着一些基本的统计数
据,如完成的任务数。
为了便于跨大量上下文使用,此类提供了很多可调整的参数和扩展钩子 (hook)。但
是,强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法 :

Executors.newCachedThreadPool()(无界线程池,可以进行自动线程回收)
Executors.newFixedThreadPool(int)(固定大小线程池)
Executors.newSingleThreadExecutor()(单个后台线程)
它们均为大多数使用场景预定义了设置。12-线程调度

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/*
 * 一、线程池：提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。
 * 
 * 二、线程池的体系结构：
 *     java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口
 *         |--**ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
 *             |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
 *             |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度
 *                 |--ScheduledThreadPoolExecutor ：继承 ThreadPoolExecutor， 实现 ScheduledExecutorService
 * 
 * 三、工具类 : Executors 
 * ExecutorService newFixedThreadPool() : 创建固定大小的线程池
 * ExecutorService newCachedThreadPool() : 缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量。
 * ExecutorService newSingleThreadExecutor() : 创建单个线程池。线程池中只有一个线程
 * 
 * ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
 */
public class TestThreadPool {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1. 创建线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        
        List<Future<Integer>> list = new ArrayList<>();
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<Integer> future = pool.submit(new Callable<Integer>(){

                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    int sum = 0;
                    
                    for (int i = 0; i <= 100; i++) {
                        sum += i;
                    }
                    
                    return sum;
                }
                
            });

            list.add(future);
        }
        
        pool.shutdown();
        
        for (Future<Integer> future : list) {
            System.out.println(future.get());
        }
        
        
        
        /*ThreadPoolDemo tpd = new ThreadPoolDemo();
        
        //2. 为线程池中的线程分配任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.submit(tpd);
        }
        
        //3. 关闭线程池
        pool.shutdown();*/
    }
    
//    new Thread(tpd).start();
//    new Thread(tpd).start();

}

class ThreadPoolDemo implements Runnable{

    private int i = 0;
    
    @Override
    public void run() {
        while(i <= 100){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i++);
        }
    }
    
}

 线程调度

一个 ExecutorService,可安排在给定的延迟后运行或定
期执行的命令。

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
 * 一、线程池：提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。
 * 
 * 二、线程池的体系结构：
 *     java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口
 *         |--**ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
 *             |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
 *             |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度
 *                 |--ScheduledThreadPoolExecutor ：继承 ThreadPoolExecutor， 实现 ScheduledExecutorService
 * 
 * 三、工具类 : Executors 
 * ExecutorService newFixedThreadPool() : 创建固定大小的线程池
 * ExecutorService newCachedThreadPool() : 缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量。
 * ExecutorService newSingleThreadExecutor() : 创建单个线程池。线程池中只有一个线程
 * 
 * ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
 */
public class TestScheduledThreadPool {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Future<Integer> result = pool.schedule(new Callable<Integer>(){

                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    int num = new Random().nextInt(100);//生成随机数
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + num);
                    return num;
                }
                
            }, 1, TimeUnit.SECONDS);
            
            System.out.println(result.get());
        }
        
        pool.shutdown();
    }
    
}

ForkJoinPool 分支/合并框架 工作窃取

Fork/Join 框架:就是在必要的情况下,将一个大任务,进行拆分(fork)成
若干个小任务(拆到不可再拆时),再将一个个的小任务运算的结果进
行 join 汇总。

  

Fork/Join 框架与线程池的区别
采用 “工作窃取”模式(work-stealing):
当执行新的任务时它可以将其拆分分成更小的任务执行,并将小任务加
到线程队列中,然后再从一个随机线程的队列中偷一个并把它放在自己的队
列中。
相对于一般的线程池实现,fork/join框架的优势体现在对其中包含的任务
的处理方式上.在一般的线程池中,如果一个线程正在执行的任务由于某些
原因无法继续运行,那么该线程会处于等待状态。而在fork/join框架实现中,
如果某个子问题由于等待另外一个子问题的完成而无法继续运行。那么处理
该子问题的线程会主动寻找其他尚未运行的子问题来执行.这种方式减少了
线程的等待时间,提高了性能。

import java.time.Duration;
import java.time.Instant;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
import java.util.stream.LongStream;

import org.junit.Test;

public class TestForkJoinPool {
    
    public static void main(String[] args) {
        Instant start = Instant.now();
        
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinSumCalculate(0L, 50000000000L);
        
        Long sum = pool.invoke(task);
        
        System.out.println(sum);
        
        Instant end = Instant.now();
        
        System.out.println("耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//166-1996-10590
    }
    
    @Test
    public void test1(){
        Instant start = Instant.now();
        
        long sum = 0L;
        
        for (long i = 0L; i <= 50000000000L; i++) {
            sum += i;
        }
        
        System.out.println(sum);
        
        Instant end = Instant.now();
        
        System.out.println("耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//35-3142-15704
    }
    
    //java8 新特性
    @Test
    public void test2(){
        Instant start = Instant.now();
        
        Long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 50000000000L)
                             .parallel()
                             .reduce(0L, Long::sum);
        
        System.out.println(sum);
        
        Instant end = Instant.now();
        
        System.out.println("耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//1536-8118
    }

}

class ForkJoinSumCalculate extends RecursiveTask<Long>{

    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = -259195479995561737L;
    
    private long start;
    private long end;
    
    private static final long THURSHOLD = 10000L;  //临界值
    
    public ForkJoinSumCalculate(long start, long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Long compute() {
        long length = end - start;
        
        if(length <= THURSHOLD){
            long sum = 0L;
            
            for (long i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
            
            return sum;
        }else{
            long middle = (start + end) / 2;
            
            ForkJoinSumCalculate left = new ForkJoinSumCalculate(start, middle); 
            left.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列
            
            ForkJoinSumCalculate right = new ForkJoinSumCalculate(middle+1, end);
            right.fork(); //
            
            return left.join() + right.join();
        }
    }
    
}