：Java 多线程

Posted 2023-02-16 请叫我东子

Java 多线程

1、synchronized

• 修饰代码块
• 底层实现，通过 monitorenter & monitorexit 标志代码块为同步代码块。
• 修饰方法
• 底层实现，通过 ACC_SYNCHRONIZED 标志方法是同步方法。
• 修饰类 class 对象时，实际锁在类的实例上面。
• 单例模式

public class Singleton 

    private static volatile Singleton instance = null;

    private Singleton()

    public static Singleton getInstance()
    if (null == instance) 
        synchronized (Singleton.class) 
            if (null == instance) 
            instance = new Singleton();
            
        
      
        return instance;
        

• 偏向锁，自旋锁，轻量级锁，重量级锁
  • 通过 synchronized 加锁，第一个线程获取的锁为偏向锁，这时有其他线程参与锁竞争，升级为轻量级锁，其他线程通过循环的方式尝试获得锁，称自旋锁。若果自旋的次数达到一定的阈值，则升级为重量级锁。
  • 需要注意的是，在第二个线程获取锁时，会先判断第一个线程是否仍然存活，如果不存活，不会升级为轻量级锁。

2、Lock

• ReentrantLock
  • 基于 AQS （AbstractQueuedSynchronizer）实现，主要有 state (资源) + FIFO (线程等待队列) 组成。
  • 公平锁与非公平锁：区别在于在获取锁时，公平锁会判断当前队列是否有正在等待的线程，如果有则进行排队。-
  • 使用 lock() 和 unLock() 方法来加锁解锁。
• ReentrantReadWriteLock
  • 同样基于 AQS 实现，内部采用内部类的形式实现了读锁（共享锁）和写锁 （排它锁）。
• 非公平锁吞吐量高
  在获取锁的阶段来分析，当某一线程要获取锁时，非公平锁可以直接尝试获取锁，而不是判断当前队列中是否有线程在等待。一定情况下可以避免线程频繁的上下文切换，这样，活跃的线程有可能获得锁，而在队列中的锁还要进行唤醒才能继续尝试获取锁，而且线程的执行顺序一般来说不影响程序的运行。

3、volatile

• Java 内存模型
  
• 在多线程环境下，保证变量的可见性。使用了 volatile 修饰变量后，在变量修改后会立即同步到主存中，每次用这个变量前会从主存刷新。
• 禁止 JVM 指令重排序。
• 单例模式双重校验锁变量为什么使用 volatile 修饰？禁止 JVM 指令重排序，new Object()分为三个步骤：申请内存空间，将内存空间引用赋值给变量，变量初始化。如果不禁止重排序，有可能得到一个未经初始化的变量。

4、线程的五种状态

1). New
一个新的线程被创建，还没开始运行。

2). Runnable
一个线程准备就绪，随时可以运行的时候就进入了 Runnable 状态。
Runnable 状态可以是实际正在运行的线程，也可以是随时可以运行的线程。
多线程环境下，每个线程都会被分配一个固定长度的 CPU 计算时间，每个线程运行一会儿就会停止让其他线程运行，这样才能让每个线程公平的运行。这些等待 CPU 和正在运行的线程就处于 Runnable 状态。

3). Blocked
例如一个线程在等待 I/O 资源，或者它要访问的被保护代码已经被其他线程锁住了，那么它就在阻塞 Blocked 状态，这个线程所需的资源到位后就转入 Runnable 状态。

4). Waiting（无限期等待）
如果一个线程在等待其他线程的唤醒，那么它就处于 Waiting 状态。以下方法会让线程进入等待状态：

• Object.wait()
• Thread.join()
• LockSupport.park()

5). Timed Waiting（有期限等待）
无需等待被其他线程显示唤醒，在一定时间后有系统自动唤醒。
以下方法会让线程进入有限等待状态：

• Thread.sleep(sleeptime)
• Object.wait(timeout)
• Thread.join(timeout)
• LockSupport.parkNanos(timeout)
• LockSupport.parkUntil(timeout)

6). Terminated
一个线程正常执行完毕，或者意外失败，那么就结束了。

5、 wait() 与 sleep()

• 调用后线程进入 waiting 状态。
• wait() 释放锁，sleep() 没有释放锁。
• 调用 wait() 后需要调用 notify() 或 notifyAll() 方法唤醒线程。
• wait() 方法声明在 Object 中，sleep() 方法声明在 Thread 中。

6、 yield()

调用后线程进入 runnable 状态。
让出 CPU 时间片，之后有可能其他线程获得执行权，也有可能这个线程继续执行。

7、 join()

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。
可以保证线程的顺序执行。
join() 方法必须在 线程启动后调用才有意义。
使用 wait() 方法实现。

8、线程池

1)、分类

• FixThreadPool 固定数量的线程池，适用于对线程管理，高负载的系统
• SingleThreadPool 只有一个线程的线程池，适用于保证任务顺序执行
• CacheThreadPool 创建一个不限制线程数量的线程池，适用于执行短期异步任务的小程序，低负载系统
• ScheduledThreadPool 定时任务使用的线程池，适用于定时任务

2)、线程池的几个重要参数

• int corePoolSize, 核心线程数
• int maximumPoolSize, 最大线程数
• long keepAliveTime, TimeUnit unit, 超过 corePoolSize 的线程的存活时长，超过这个时间，多余的线程会被回收。
• BlockingQueue workQueue, 任务的排队队列
• ThreadFactory threadFactory, 新线程的产生方式
• RejectedExecutionHandler handler) 拒绝策略

3)、线程池线程工作过程

corePoolSize -> 任务队列 -> maximumPoolSize -> 拒绝策略

• 核心线程在线程池中一直存活，当有任务需要执行时，直接使用核心线程执行任务。
• 当任务数量大于核心线程数时，加入等待队列。
• 当任务队列数量达到队列最大长度时，继续创建线程，最多达到最大线程数。
• 当设置回收时间时，核心线程以外的空闲线程会被回收。
• 如果达到了最大线程数还不能够满足任务执行需求，则根据拒绝策略做拒绝处理。

4)、线程池拒绝策略（默认抛出异常）

拒绝类型	拒绝描述
AbortPolicy	抛出 RejectedExecutionException
DiscardPolicy	什么也不做，直接忽略
DiscardOldestPolicy	丢弃执行队列中最老的任务，尝试为当前提交的任务腾出位置
CallerRunsPolicy	直接由提交任务者执行这个任务

5)、如何根据 CPU 核心数设计线程池线程数量

• IO 密集型 2nCPU
• 计算密集型 nCPU+1其中 n 为 CPU 核心数量，可通过 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 获得核心数：。
  为什么加 1：即使当计算密集型的线程偶尔由于缺失故障或者其他原因而暂停时，这个额外的线程也能确保 CPU 的时钟周期不会被浪费。

9、线程使用方式

• 继承 Tread 类
• 实现 Runnable 接口
• 实现 Callable 接口：带有返回值

10、Runnable 和 Callable 比较

• 方法签名不同， void Runnable.run() , V Callable.call() throws Exception
• 是否允许有返回值， Callable 允许有返回值
• 是否允许抛出异常， Callable 允许抛出异常。
• 提交任务方式， Callable 使用 Future submit(Callable task) 返回 Future 对象，调用其 get() 方法可以获得返回值， - Runnable 使用 void execute(Runnable command) 。

11、hapens-before

如果一个操作 happens-before 另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。

12、ThreadLocal

• 场景
  主要用途是为了保持线程自身对象和避免参数传递，主要适用场景是按线程多实例（每个线程对应一个实例）的对象的访问，并且这个对象很多地方都要用到。
• 原理
  为每个线程创建变量副本，不同线程之间不可见，保证线程安全。使用 ThreadLocalMap 存储变量副本，以 ThreadLocal 为 K，这样一个线程可以拥有多个 ThreadLocal 对象。
• 实际
  使用多数据源时，需要根据数据源的名字切换数据源，假设一个线程设置了一个数据源，这个时候就有可能有另一个线程去修改数据源，可以使用 ThreadLocal 维护这个数据源名字，使每个线程持有数据源名字的副本，避免线程安全问题。