JAVA虚拟机JVM-7.多线程常见问题刨析

Posted 2021-03-02 名字可以起这么长

多线程概念

进程与线程

进程是操作系统进行资源分配的最小单位，CPU从一个进程切换到另一个进程叫做进程上下文切换。

线程是CPU调度的最小单位，是进程的一部分，由进程创建，一个进程拥有1～N个线程。线程又分为用户线程和守护线程，两者的区别是，后者会随着主线程结束而结束。

Thread线程类

继承thread类，重写run()方法即可。

wait和slepp的区别

• wait()方法必须在synchornized同步代码块中使用。
• wait()方法会释放由synchornized锁上的对象锁，而sleep()不会。
• 由wait()方法形成的阻塞，可以通过针对同一个对象锁的synchornized作用域调用notify()或者notifyAll()来“唤醒”，而sleep()无法被唤醒，只能定时醒来或者被interrupt()中断。

sleep和yield的区别

• sleep()执行后转入阻塞，在一段时间后自动醒来，回到就绪状态；而yield方法后，线程直接转入就绪状态。
• sleep()执行后，其他线程无论优先级高低都可以获取机会运行；而执行yield()只会给相同优先级或者更高优先级的线程运行的机会。
• sleep()会抛出interruptedException，而yield()没有任何异常声明。
• sleep()比yield()更好移植，在循环中使用yield()容易产生死循环，当前线程优先级很高，执行yield之后又抢占到了CPU。

Runnable接口

实现runnable接口，实现run()方法。线程池也只能接受Runnable或者Callable接口类型的对象作为线程池任务。

线程池

线程的创建和销毁会消耗资源，在大量并发的情况下，最好是预先创建多个线程，并集中管理，形成一个线程池。

Executor

Java 最开始提供了 ThreadPool 实现了线程池，为了更好地实现用户级的线程调度，更有效地帮助开发人员进行多线程开发，Java 提供了一套 Executor 框架。

 这个框架中包括了 ScheduledThreadPoolExecutor 和 ThreadPoolExecutor 两个核心线程池。前者是用来定时执行任务，后者是用来执行被提交的任务。调用他们的submit()以及execute()方法向线程池提交任务。鉴于这两个线程池的核心原理是一样的，Executors 实现了以下四种类型的 ThreadPoolExecutor：

Callable和Future

这两个接口可以使线程能执行带返回值的任务。

Wait()和Notify()、NotifyAll()

wait()方法会使当前当前线程放弃它持有的对象锁，而进入阻塞状态，而notify()、notifyAll()不会释放对象锁。

线程安全的容器

ConcurrentHashMap

将自身空间划分成若干个segment，并在每个分段各应用一个锁(ReentrantLock)，这样减少了锁竞争，也允许一定数量的线程进行读操作，从而提高了并发能力。

ConcurrentSkipListMap/ConcurrentSkipListSet

这两个容器分别是并发的TreeMap以及TreeSet。跳跃表是可以替代平衡二叉树的数据结构，通过“空间换取时间”的算法，实现了线程安全的排序映射表。

CopyOrWriteArrayList/CopyOrWriteArraySet

CopyOrWrite本质是利用高并发时候读多写少的情况，对读不加锁，写的时候复制一份新的集合，在新的集合上面修改，再用新集合替换旧集合。后者是由前者实现的，不同的set在add方法的时候需要调用addIfAbsent()方法，其遍历当前数组。（去掉重复）

ConcurrentLinkedQueue/ConcurrentLinkedDeque

基于链表实现的非阻塞式并发队列和双端队列。

BlockingQueue/BlockingDeque

阻塞式并发队列接口，提供可阻塞的插入put方法以及获取take方法。调用的时候如果队列已满，put方法将阻塞当前线程，队列数据为空时，take方法阻塞当前线程。

ThreadLocal

成为线程本地变量或者线程本地存储，作用是为当前线程提供临时持有和传递对象的方法。

CountDownLatch计数器

java.util.current.CountDownLatch计数器，相当于一个倒序计数器，用来协调多个线程的执行。多个线程调用他们共享的计数器，的countDown()方法让计数器减一。可以通过CountDownLatch对象的await()方法阻塞线程，知道计数器的值为0。

CyclicBarrier栅栏

java.util.current.CyclicBarrier是一种可以重用的线程阻塞器。通过调用await()方法在代码中形成栅栏，率先到达栅栏的线程被栅栏阻塞，知道指定的数量的线程都达到栅栏处。

Semaphore

是用于保护一个或者多个共享资源的访问。内部维护一个计数器，表示同时访问共享资源的的数量。当前成访问共享资源，先要获取一个信号量，如果信号量计数器值大于1，那么可以访问，否则线程被阻塞。

fork/join框架

思想就是将大任务拆分若干个小任务，提高任务的处理速度。

ForkJoinPoll

专门用于执行ForkJoinTask的线程池，而ForkJoinTask被用于封装可以拆分的任务对象，它的两个子类RecursiveAction和RecusiveTask分别用于有返回值的任务对象和没有返回值的任务对象。

为了提高多线程处理的效率，避免出现饥饿，Java的fork/join框架采用了一种名为“工作窃取”的方法。每个线程都有自己的双端任务队列，一般情况下线程从头部获取任务，当某个任务队列为空的时候，它会尝试从其它线程任务队列的尾部“窃取任务”来执行。

 

Executors 利用工厂模式实现的四种线程池，我们在使用的时候需要结合生产环境下的实际场景。不过我不太推荐使用它们，因为选择使用 Executors 提供的工厂类，将会忽略很多线程池的参数设置，工厂类一旦选择设置默认参数，就很容易导致无法调优参数设置，从而产生性能问题或者资源浪费。