JUC

1.多线程操作共享数据

1.多线程操作共享数据时,会出问题,那么就可以使用java.util.concurrent.Atomic类定义共享数据,这个工具包保证类中的数据都具有原子性.

具体实例如下:

package com.atguigu.juc;

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();
    }
    
    
}

 2.concurentHashMap

因为hashtable是线程安全的,但是效率低,所以concurrentHashMap用于替换hashtable.hashtable对象只有一个锁,所以效率会极低,但是cocurrentHashMap中使用的是分段锁,即有多个锁,每个锁负责一部分数据.这样多线程访问时就是并行操作而不是像hashtable那样的串行.如下截图:

    package com.atguigu.juc;

    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");
            }
            
        }
        
    }

3.countDownLatch闭锁

闭锁:在完成某些运算时,只有其他所有的线程运算全部完成,当前运算才继续执行.

例如在主线程中计算多线程执行的时间,因为主线程和在主线程中开启的多线程是同步操作,即主线程不会等待所有子线程执行完才会的操作.所以就需要使用闭锁,让主线程在多线程执行时等待,执行完后计算时间差.如下代码:

package com.atguigu.juc;

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) {
        //50的数字必须要和开启的线程数相同，因为每个线程执行完都要让锁个数减一
        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 {
            //线成执行完成后闭锁减一
            latch.countDown();
        }

    }

}

 4.实现callable接口

因为callable可以返回线程执行结果,所以主线程也需要等待callable执行完成.所以接收callable的返回值的类也可以用于实现闭锁

package com.atguigu.juc;

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() {
    }
    
}*/

5.同步锁

解决多线程安全问题方式:

 1.同步代码块

 2.同步方法

 3.jdk5以后: 注意---是一个显示锁,需要通过lock()方法上锁,必须通过unlock()方法解锁.

package com.atguigu.juc;

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
            }
        }
    }
    
}

6.线程同步Condition

package com.atguigu.juc;

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();
        }
    }

}

7.线程按顺序交替

package com.atguigu.juc;

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();
        }
    }
    
}

8.ThreadReadWriteLock读写锁

属于乐观锁,因为使用Lock那么不管是读还是写都上锁,这样会影响效率.使用读写锁那么读读(没有写)的时候不需要上锁,写的时候要上锁,这样效率会高些.即只有读的时候可以多线程,写的时候需要单线程.

package com.atguigu.juc;

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();
        }
    }
}

9.线程八锁

package com.atguigu.juc;

/*
 * 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");
    }
    
}

10.线程池

1.线程池与callable使用:获取每个线程的执行结果

package com.atguigu.juc;

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++);
        }
    }
    
}

2.线程池调度

package com.atguigu.juc;

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();
    }
    
}

11.ForkJoinPool分支合并框架

多线程问题: 当启动多线程时,比如四个线程,那么有两个顺利执行完成,另外两个还在阻塞,那么就会出现两个繁忙,两个很闲的情况.