JUC学习

Posted 2021-08-15 三笠·阿卡曼

线程基础知识复习

多线程的编程步骤

• 创建资源类，在资源类中创建属性和操作方法；
• 在操作方法中进行判断、干活、通知
• 创建多个线程，调用资源类的操作方法；
• 要防止虚假唤醒问题，要把判断条件改成while

为什么多线程极其重要

硬件方面

摩尔定律失效
它是由英特尔创始人之一Gordon Moore(戈登·摩尔)提出来的。其内容为：
当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。
可是从2003年开始CPU主频已经不再翻倍，而是采用多核而不是更快的主频。
摩尔定律失效。
在主频不再提高且核数在不断增加的情况下，要想让程序更快就要用到并行或并发编程。

软件方面

高并发系统：需要处理异步+回调等生产需求；

多线程相关基本概念

进程：是程序的一次执行，，是系统进行资源分配和调度的基本单位，每一个进程都有自己的内存空间和系统资源；
线程：在同一个进程中又可以执行多个任务，而这每一个任务就可以看作是一个线程，一个进程会有1~多个线程；

用户线程和守护线程

Java线程分为用户线程和守护线程；
线程的daemon属性为true表示是守护线程，false表示是用户线程；

• 用户线程：是系统的工作线程，他会完成这个程序需要完成的业务操作；
• 守护线程：是一种特殊的线程，在后台默默的完成一些系统性的服务，比如垃圾回收线程；

总结：

• 当程序中所有用户线程执行完毕之后，不管守护线程是否结束，系统都会自动退出
  • 如果用户线程全部结束了，意味着程序需要完成的业务操作已经结束了，系统可以退出了。所以当系统只剩下守护进程的时候，java虚拟机会自动退出；
• 设置守护线程，需要在start()方法之前进行

实现线程的四种方式

• 继承Thread类；
• 实现Runnable接口；
• 实现Callable接口；
• 线程池实现；

CompletableFuture

Future和Callable接口

• Future接口定义了操作异步任务执行一些方法，如获取异步任务的执行结果、取消任务的执行、判断任务是否被取消、判断任务执行是否完毕等。
  

• Callable接口中定义了需要有返回的任务需要实现的方法。

• 比如主线程让一个子线程去执行任务，子线程可能比较耗时，启动子线程开始执行任务后，主线程就去做其他事情了，过了一会才去获取子任务的执行结果。

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JUC概述

什么是JUC

在 Java 中，线程部分是一个重点，本篇文章说的 JUC 也是关于线程的。JUC就是 java.util .concurrent 工具包的简称。这是一个处理线程的工具包，JDK1.5 开始出现的。

进程和线程的概念

• 进程（Process） 是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。 在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
• 线程（thread） 是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
• 总结来说：
  • 进程：指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程——资源分配的最小单位。
  • 线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位。

线程的状态

• NEW,(新建)
• RUNNABLE,（准备就绪）
• BLOCKED,（阻塞）
• WAITING,（不见不散）
• TIMED_WAITING,（过时不候）
• TERMINATED;(终结)

wait和sleep的区别

• sleep是Thread的静态方法，wait是Object的方法，任何对象实例都能调用；
• sleep不会释放锁，他也不需要占用锁；wait会释放锁，调用它的前提是当前线程占有锁（代码要在synchronized中）；
• 他们都可以被interrupted方法中断；

管程（Monitor，监视器）

是一种同步机制，保证同一个时间，只要一个线程访问被保护的数据或者代码；jvm同步基于进入和退出，使用管程对象实现的；

用户线程与守护线程

• 用户线程：
• 守护线程：

LOCK接口讲解

Synchronized关键字回顾

1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
   • 虽然可以使用 synchronized 来定义方法，但 synchronized 并不属于方法义的一部分，因此，synchronized 关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了 synchronized 关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized 关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。
3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的
   所有对象；
4. 修改一个类，其作用的范围是 synchronized 后面括号括起来的部分，作用主
   的对象是这个类的所有对象。

什么是Lock锁

Lock 锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允许更灵活的结构，可能具有非常不同的属性，并且可能支持多个关联的条件对象。Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。

Lock和Synchronized的区别

• Lock 不是 Java 语言内置的，synchronized 是 Java 语言的关键字，因此是内置特性。Lock 是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
  • Lock 和 synchronized 有一点非常大的不同，采用 synchronized 不需要用户去手动释放锁，当 synchronized 方法或者 synchronized 代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而 Lock 则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

Lock接口

public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Con

lock方法

lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。
采用 Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用 Lock 必须在 try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally 块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用 Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：

Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
//处理任务
}catch(Exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}

newCondition

关键字 synchronized 与 ==wait()/notify()==这两个方法一起使用可以实现等待/通知模式， Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象，Condition 类也可以实现等待/通知模式。用 notify()通知时，JVM 会随机唤醒某个等待的线程， 使用 Condition 类可以进行选择性通知， Condition 比较常用的两个方法：

• await()会使当前线程等待,同时会释放锁,当其他线程调用 signal()时,线程会重新获得锁并继续执行。
• signal()用于唤醒一个等待的线程。

注意：在调用 Condition 的 await()/signal()方法前，也需要线程持有相关的 Lock 锁，调用 await()后线程会释放这个锁，在 singal()调用后会从当前Condition 对象的等待队列中，唤醒 一个线程，唤醒的线程尝试获得锁， 一旦获得锁成功就继续执行。

ReentrantLock

ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念将在后面讲述。
ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用。

小结

Lock 和 synchronized 有以下几点不同：

• Lock 是一个接口，而 synchronized 是 Java 中的关键字，synchronized 是内置的语言实现；
• synchronized 在发生异常时，会==自动释放线程占有的锁，=因此不会导致死锁现象发生；而 Lock 在发生异常时，如果没有主动通过 unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用 Lock 时需要在 finally 块中释放锁；
• Lock 可以让等待锁的线程响应中断，而 synchronized 却不行，使用synchronized 时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
• 通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。
• Lock 可以提高多个线程进行读操作的效率。

在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时 Lock 的性能要远远优于synchronized。

线程间通信

synchronized实现线程间交替打印（线程间通信）

始终牢记方法：

* 创建资源类，在资源类中创建属性和操作方法；
* 在操作方法中进行判断、干活、通知
* 创建多个线程，调用资源类的操作方法；

package com.vleus.juc.sync;

/**
 * @author vleus
 * @date 2021年07月14日 22:06
 */
//第一步：创建资源类，定义属性和方法
class Share {

    //初始值
    private int number = 0;

    //+1方法
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {

        //第二步：判断 干活 通知
        if (number != 0) { //判断number是否是0，如果不是0，等待
            this.wait();
        }

        //如果number值是0，就+1操作
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
        //通知其他线程
        this.notifyAll();

    }

    //-1方法
    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        // 判断
        if (number != 1) {
            this.wait();
        }
        //干活
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
        //通知其他线程
        this.notifyAll();
    }

}


public class ThreadDemo1 {

    public static void main(String[] args) {

        //第三步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
        Share share = new Share();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr(); //+1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"AA").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr(); //-1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"BB").start();

    }
}

输出效果如下：

wait可能导致虚假唤醒

多个线程执行上述交替打印会出现虚假唤醒的问题；需要将判断条件放到while循环中；

Lock锁实现1、0的交替打印

package com.vleus.juc.lock;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author vleus
 * @date 2021年07月14日 22:35
 */

//创建资源类，定义属性和方法
class Share {

    private int number = 0;

    //创建lock
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    private Condition condition = lock.newCondition();

    //+1
    public void incr() throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();

        try {

            //判断
            while (number != 0) {
                condition.await();
            }
            //干活
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
            //通知
            condition.signalAll();
        } finally {
            //解锁
            lock.unlock();
        }
    }

    //-1
    public void decr() throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();

        try {

            //判断
            while (number != 1) {
                condition.await();
            }
            //干活
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
            //通知
            condition.signalAll();
        } finally {
            //解锁
            lock.unlock();
        }
    }

}


public class ThreadDemo2 {

    public static void main(String[] args) {

        Share share = new Share();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr(); //+1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "AA").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr(); //-1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "BB").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr(); //+1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "CC").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr(); //-1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "DD").start();
    }

}

打印结果如下：

线程间的定制化通信

启动三个线程，按照如下要求：

• AA打印五次，BB打印10次，CC打印15次；
• AA打印五次，BB打印10次，CC打印15次；
  进行10轮；
  

package com.vleus.juc.lock;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author vleus
 * @date 2021年07月14日 23:06
 */
//第一步：创建资源类，定义属性和操作方法
class ShareResource{

    //定义标志位
    private int flag = 1; //1 AA 2 BB 3 CC

    //创建lock锁
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    //创建3个Condition
    private Condition c1 = lock.newCondition();

    private Condition c2 = lock.newCondition();

    private Condition c3 = lock.newCondition();

    //打印5次，参数第几轮
    public void print5(int loop) throws InterruptedException {

        lock.lock();

        try{

            //判断
            while (flag != 1) {
                c1.await();
            }
            //干活
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i + " : 轮数: " + loop);
            }
            //通知
            flag = 2; //先修改标志位2
            c2.signal(); //通知BB线程
        }finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

    //打印10次，参数第几轮
    public void print10(int loop) throws InterruptedException {

        lock.lock();

        try{

            //判断
            while (flag != 2) {
                c2.await();
            }
            //干活
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i + " : 轮数: " + loop);
            }
            //通知
            flag = 3; //先修改标志位2
            c3.signal(); //通知BB线程
        }finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

    //打印15次，参数第几轮
    public void print15(int loop) throws InterruptedException {

        lock.lock();

        try{

            //判断
            while (flag != 3) {
                c3.await();
            }
            //干活
            for (int i = 1; i <= 15; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i + " : 轮数: " + loop);
            }
            //通知
            flag = 1; //先修改标志位1
            c1.signal(); //通知AA线程
        }finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }


}


public class ThreadDemo3 {

    public static void main(String[] args) {
        ShareResource shareResource = new ShareResource();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                try {
                    shareResource.print5(i);
                } catch juc学习四（集合不安全问题）

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 Java多线程之JUC包：Semaphore源码学习笔记