比尔云BierYun--阿里云最新优惠活动
阿里云优惠码丨阿里云代金券

【Java进阶】并发编程

【Java进阶】并发编程

1. 概述

  • 三种性质
    • 可见性:一个线程对共享变量的修改,另一个线程能立刻看到。缓存可导致可见性问题。
    • 原子性:一个或多个CPU执行操作不被中断。线程切换可导致原子性问题。
    • 有序性:编译器优化可能导致指令顺序发生改变。编译器优化可能导致有序性问题。
  • 三个问题
    • 安全性问题:线程安全
    • 活跃性问题:死锁、活锁、饥饿
    • 性能问题
      • 使用无锁结构:TLS,Copy-On-Write,乐观锁;Java的原子类,Disruptor无锁队列
      • 减少锁的持有时间:让锁细粒度。如ConcurrentHashmap;再如读写锁,读无锁写有锁

2. Java内存模型

  • volatile
    • C语言中的原意:禁用CPU缓存,从内存中读出和写入。
    • Java语言的引申义
      • Java会将变量立刻写入内存,其他线程读取时直接从内存读(普通变量改变后,什么时候写入内存是不一定的)
      • 禁止指令重排序
    • 解决问题
      • 保证可见性
      • 保证有序性
      • 不能保证原子性
  • Happens-Before规则(H-B)
    • 程序顺序性规则:前面执行的语句对后面语句可见
    • volatile变量规则:volatile变量的写操作对后续的读操作可见
    • 传递性规则:A H-B B,B H-B C,那么A H-B C
    • 管程中锁的规则:对一个锁的解锁 H-B于 后续对这个锁的加锁

3. 互斥锁sychronized

  • 锁对象:非静态this,静态Class,括号Object参数
  • 预防死锁:
    • 互斥:不能破坏
    • 占有且等待:同时申请所有资源
    • 不可抢占:sychronized解决不了,Lock可以解决
    • 循环等待:给资源设置id字段,每次都是按顺序申请锁
  • 等待通知机制
    • wait、notify、notifyAll
复制代码
class Allocator {
  private List<Object> als;
  // 一次性申请所有资源
  synchronized void apply(
    Object from, Object to){
    // 经典写法
    while(als.contains(from) ||
         als.contains(to)){
      try{
        wait();
      }catch(Exception e){
      }   
    } 
    als.add(from);
    als.add(to);  
  }
  // 归还资源
  synchronized void free(
    Object from, Object to){
    als.remove(from);
    als.remove(to);
    notifyAll();
  }
}
复制代码

 

4. 线程的生命周期

  • 通用线程的生命周期
  • Java线程的生命周期
  • 状态流转
    • RUNNABLE — BLOCKED:线程获取和等待sychronized隐式锁
      • ps:调用阻塞式API时,不会进入BLOCKED状态,但对于操作系统而言,线程实际上进入了休眠态,只不过JVM不关心。
    • RUNNABLE — WAITING
      • Object.wait()
      • Thread.join()
      • LockSupport.park()
    • RUNNABLE — TIMED-WAITING:调用各种带超时参数的线程方法
    • NEW — RUNNABLE:Thread.start()
    • RUNNABLE — TERMINATED:线程运行完毕,有异常抛出,或手动调用线程stop()

6. 线程的性能指标

  • 延迟:发出请求到收到响应
  • 吞吐量:单位时间内处理的请求数量
  • 最佳线程数:
    • CPU密集型:线程数 = CPU核数 + 1
    • IO密集型:线程数 = (IO耗时/CPU耗时 + 1)* CPU核数

7. JDK并发包

  • Lock:lock、unlock
    • 互斥锁,和sychronized一样的功能,里面能保证可见性
  • Condition:await、signal
    • 条件,相比于sychronized的Object.wait,Condition可以实现多条件唤醒等待机制
  • Semaphore:acquire、release
    • 信号量,可以用来实现多个线程访问一个临界区,如实现对象池设计中的限流器
  • ReadWriteLock:readLock、writeLock
    • 写锁、读锁,允许多线程读,一个线程写,写锁持有时所有读锁和写锁的获取都阻塞(写锁的获取要等所有读写锁释放)
    • 适用于读多写少的场景
  • StampedLock:tryOptimisticRead、validate
    • 写锁、读锁(分悲观读锁、乐观读锁):
  • 线程同步:
    • CountDownLatch:一个线程等待多个线程
      • 初始化 –> countDown(减1) –> await(等待为0)
    • CyclicBarrier:一组线程之间相互等待
      • 初始化 –> 设置回调函数(为0时执行,并返回原始值) –>  await(减1并等待为0)
  • 并发容器:
    • List:
      • CopyOnWriteArrayList:适用写少的场景,要容忍可能的读不一致
    • Map:
      • ConcurrentHashMap:分段锁
      • ConcurrentSkipListMap:跳表
    • Set:
      • CopyOnWriteArraySet:同上
      • ConcurrentSkipListSet:同上
    • Queue
      • 分类:阻塞Blocking、单端Queue、双端Deque
      • 单端阻塞(BlockingQueue):Array~、Linked~、Sychronized~、LinkedTransfer~、Priority~、Delay~
      • 双端阻塞(BlockingDeque):Linked~
      • 单端非阻塞(Queue):ConcurrentLinked~
      • 双端非阻塞(Deque):ConcurrentLinked~
  • 原子类:
    • 无锁方案原理:增加了硬件支持,即CPU的CAS指令
    • ABA问题:有解决ABA问题的需求时,增加一个递增的版本号纬度化解
    • 分类:原子化基本数据类型,原子化引用类型、原子化数组、原子化对象属性更新器、原子化累加器
  • Future:
    • Future:cancel、isCanceled、isDone、get
    • FutureTask:实现了Runnable和Future接口
  • 强大工具类
    • CompletableFuture:一个强大的异步编程工具类(任务之间有聚合关系),暂时略
    • CompletionService:批量并行任务,暂时略

8. 线程池

  • 设计原理:
    • 生产者消费者模型,线程池是消费者,调用者是生产者。
    • 线程池对象里维护一个阻塞队列,一个已经跑起来的工作线程组ThreadsList
    • ThreadList里面循环从队列中去Runnable任务,并调用run方法
    • 复制代码
       1 // 简化的线程池,仅用来说明工作原理
       2 class MyThreadPool{
       3   // 利用阻塞队列实现生产者 - 消费者模式
       4   BlockingQueue<Runnable> workQueue;
       5   // 保存内部工作线程
       6   List<WorkerThread> threads 
       7     = new ArrayList<>();
       8   // 构造方法
       9   MyThreadPool(int poolSize, 
      10     BlockingQueue<Runnable> workQueue){
      11     this.workQueue = workQueue;
      12     // 创建工作线程
      13     for(int idx=0; idx<poolSize; idx++){
      14       WorkerThread work = new WorkerThread();
      15       work.start();
      16       threads.add(work);
      17     }
      18   }
      19   // 提交任务
      20   void execute(Runnable command){
      21     workQueue.put(command);
      22   }
      23   // 工作线程负责消费任务,并执行任务
      24   class WorkerThread extends Thread{
      25     public void run() {
      26       // 循环取任务并执行
      27       while(true){ ①
      28         Runnable task = workQueue.take();
      29         task.run();
      30       } 
      31     }
      32   }  
      33 }
      34 
      35 /** 下面是使用示例 **/
      36 // 创建有界阻塞队列
      37 BlockingQueue<Runnable> workQueue = 
      38   new LinkedBlockingQueue<>(2);
      39 // 创建线程池  
      40 MyThreadPool pool = new MyThreadPool(
      41   10, workQueue);
      42 // 提交任务  
      43 pool.execute(()->{
      44     System.out.println("hello");
      45 });
      复制代码
  • ThreadPoolExcutor
    • 参数
      • corePoolSize:线程池保有的最小线程数
      • maximumPoolSize:线程池创建的最大线程数
      • keepAliveTime:工作线程多久没收到任务,被认为是闲的
      • workQueue:工作队列
      • threadFactory:通过这个参数自定义如何创建线程
      • handler:任务拒绝策略
        • 默认为AbortPolicy,会抛出RejectedExecutionException,这是个运行时异常,要注意
    • 方法
      • void execute()
      • Future submit(Runnable task | Callable task)

9. 鸟瞰并行任务分类

PS:整理自极客时间《Java并发编程》

原文地址https://www.cnblogs.com/flashsun/p/10776168.html

未经允许不得转载:阿里云代金券 » 【Java进阶】并发编程

评论 抢沙发

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址

强烈推荐

高性能SSD云服务器ECS抗攻击,高可用云数据库RDS