java并发编程小结

Posted 2021-01-08 liuq-24

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线程简介：

线程是操作系统调度的最先单元，进程：线程=1：N 关系，也就是说一个进程可以创建多个线程，至少包含一个线程。多线程可以最大限度的使用CPU和维护各线程之间的并发进行关系等。

一、concurrent并发包

• locks部分：显式锁(互斥锁和速写锁)相关；
• atomic部分：原子变量类相关，是构建非阻塞算法的基础；
• executor部分：线程池相关；
• collections部分：并发容器相关；
• tools部分：同步工具相关，如信号量、闭锁、栅栏等功能；

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二、volatile变量

volatile为声明共享变量提供了读/写操作同步，即多个线程同时对变量进行读写操作，每次线程操作的变量值都将会是最新的那个值。例如：A线程对变量进行写操作，同时B线程对变量进行读操作，传统的方式操作会出现脏读（即B线程读到不是A线程更新的值），使用volatile声明该变量后，B线程读到的将是A线程更新后提交到主内存中最新的值。

三、syncronized同步变量

syncronized是同步关键字，并发编程中一个重要的关键字属性。

• 对于普通同步方法，锁是当前实例对象
• 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象
• 对于同步方法块，锁是Syncronized括号里配置的对象

当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时候，必须释放锁。

四、lock锁

Lock接口，锁用来控制多个线程访问共享资源的方式，一个锁能够防止多个线程同时访问共享资源（读写锁例外）。与syncronized不同的是，lock是显式的获取和释放锁，syncronized是隐式的jvm内置的关键字。

• void lock（）  获取锁方法
• lockInterruptibly（）throws interruptedException 可中断地获取锁，与lock不同的是，该方法在获取的过程中可中断线程
• boolean tryLock（） 尝试非阻塞的获取锁，获取到返回true，否则返回false
• boolean tryLock（long time,TimeUnit unit）throws InterruptedException 超时获取锁，3种情况返回：1、当前线程在超时时间内获得了锁 2、当前线程在超时时间内被中断 3、超时时间结束，返回false
• void unlock（） 释放锁方法
• Condition newCondition（） 获取等待通知组件，该组件和当前的锁绑定，当前线程只有获得了锁，才能调用该组件的wait()方法，调用后当前线程释放锁

队列同步器AbstractQueuedSynchronizer（AQS），用来构建锁或其他同步组件的基础框架，使用了一个int成员变量表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作。

• getState（） 获取当前同步状态
• setState（int newState） 设置当前同步状态
• compareAndSetState（int expect,int update） 使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态设置的原子性

重入锁ReentrantLock，支持一个线程对资源的重复加锁，支持获取锁的公平和非公平性选择。

• 实现重进入
• 线程再次获取锁
• 锁的最终释放
• 公平和非公平获取锁

1. 读写所
2. LockSupport工具
3. Condition接口

五、java并发容器和框架

ConcurrentHashMap线程安全且高效的HashMap。并发编程中HashMap可能会导致线程死循环，HashTable效率又非常低下。

HashMap中的put操作，Entry链表会形成环形数据结构后，Entry的next节点将永远不为空，则产生死循环。

ConcurrentHashMap是由：Segment数组结构和HashEntry数组结构组成，Segment是一种可重入锁（ReentrantLock），HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含了一个Segment数组，一个Segment里包含了一个HashEntry数组，每个Segment守护着HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获取它对应的Segment锁。

六、Java线程池

线程池多用于并发框架，线程池的好处：

1. 降低资源消耗
2. 提高相应速度
3. 提高线程的可管理性

实现原理，线程池的处理流程：

1. 线程池判断核心线程里的线程是否都在执行任务，如果不是则创建一个新的工作线程来执行任务，如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程。
2. 线程池判断工作队列是否已经满。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. 线程池判断线程池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。

线程池的使用：

1. 创建线程池ThreadPoolExecutor new ThreadPoolExecutor(corePoolsize ,maximumPoolSize,keepAliveTime,milliseconds,runnableTaskQueue,handler);

• corePoolsize  线程池的基本大小，提交一个任务到线程池后，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建。
• runnableTaskQueue 任务队列，用于保存等待执行的任务的阻塞队列
• maximumPoolSize 线程池最大的数量，允许创建的最大线程数，如果队列已满，并且以创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程来执行任务。
• keepAliveTime 线程活动保持时间，线程池工作线程空闲后，保持存活的时间。
• handler 饱和策略，当队列和线程池都满了，则线程池处于饱和状态，必须采取策略来处理提交的新任务：抛异常、只用调用者的所在线程来运行任务、丢弃队列里最近一个任务，执行当前任务、不处理，直接丢弃。

   2.向线程池提交任务

   3.关闭线程池

   4.配置线程池

   5.线程池的监控

七、Executor框架

Executor框架的常用的几个接口和子类

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Executor：一个接口，其定义了一个接收Runnable对象的方法executor，其方法签名为executor(Runnable command),

ExecutorService：是一个比Executor使用更广泛的子类接口，其提供了生命周期管理的方法，以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况返回Future的方法

AbstractExecutorService：ExecutorService执行方法的默认实现

ScheduledExecutorService：一个可定时调度任务的接口

ScheduledThreadPoolExecutor：ScheduledExecutorService的实现，一个可定时调度任务的线程池

ThreadPoolExecutor：线程池，可以通过调用Executors以下静态工厂方法来创建线程池并返回一个ExecutorService对象

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) //后两个参数为可选参数

参数说明：

corePoolSize：核心线程数，如果运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行新任务，即使线程池中的其他线程是空闲的

maximumPoolSize:最大线程数，可允许创建的线程数，corePoolSize和maximumPoolSize设置的边界自动调整池大小：

corePoolSize <运行的线程数< maximumPoolSize:仅当队列满时才创建新线程

corePoolSize=运行的线程数= maximumPoolSize：创建固定大小的线程池

keepAliveTime:如果线程数多于corePoolSize,则这些多余的线程的空闲时间超过keepAliveTime时将被终止

unit:keepAliveTime参数的时间单位

workQueue:保存任务的阻塞队列，与线程池的大小有关：

  当运行的线程数少于corePoolSize时，在有新任务时直接创建新线程来执行任务而无需再进队列

  当运行的线程数等于或多于corePoolSize，在有新任务添加时则选加入队列，不直接创建线程

  当队列满时，在有新任务时就创建新线程

threadFactory:使用ThreadFactory创建新线程，默认使用defaultThreadFactory创建线程

handle:定义处理被拒绝任务的策略，默认使用ThreadPoolExecutor.AbortPolicy,任务被拒绝时将抛出RejectExecutorException