Java多线程和并发总结

Posted 2020-10-04

Java多线程和高并发总结

 

• wait/notify必须存在于synchronized块中。

• volatile
  多线程的内存模型：main memory（主存）、working memory（线程栈），在处理数据时，线程会把值从主存load到本地栈，完成操作后再save回去(volatile关键词的作用：每次针对该变量的操作都激发一次load and save)

• Thread类最佳实践： 写的时候最好要设置线程名称 Thread.name，并设置线程组 ThreadGroup，目的是方便管理。在出现问题的时候，打印线程栈 (jstack -pid) 一眼就可以看出是哪个线程出的问题，这个线程是干什么的。

• 如何获取线程中异常
  Thread t = new Thread(task);
  t.setUncaughtException(new UncaughtExceptionHandler(){...});
  t.start();
  不能用try,catch来获取线程中的异常

• Future和FutureTask
  Future是接口，FutureTask是类

  Future表示一个异步计算的结果. 异步计算是在其他线程进行的, 因此异步计算的结果, 有可能有值, 也有可能没有值. 于是, Future就提供了一些方法来处理这种未知状态:
  a. isDone() 异步任务是否完成, 即否有结果
  b. get() 获取异步任务结果, 如果异步任务未完成, 此方法会一直阻塞, 直到异步方法完成 或 任务被取消 (调用了cancel()方法)
  c. cancel() 取消异步任务, 如果异步任务已经完成, 那么取消失败(即cancel()方法返回false)
  d. isCancelled() 查询异步任务是否已被取消

  FutureTask就是一个可取消的异步任务，FutureTask实现了两个接口，Runnable和Future，所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值，那么这个组合的使用有什么好处呢？假设有一个很耗时的返回值需要计算，并且这个返回值不是立刻需要的话，那么就可以使用这个组合，用另一个线程去计算返回值，而当前线程在使用这个返回值之前可以做其它的操作，等到需要这个返回值时，再通过Future得到

  //1
  FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Object>(callable);  
  new Thread(future).start();  
  //这里可以做其他事情  
  future.get();//阻塞获得结果  
  
  //2
  public void function() {
      // 1. init services
      final ExecutorService executorService = ...
  
      // 2. make task
      FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new Callable<String>() {
          @Override
          public String call() throws Exception {
              String result = "";
              //do something;
              return result;
          }
      });
  
      // 3. submit task
      executorService.submit(futureTask);
  
      // 4. get result
      String result = futureTask.get();
  
      // 5. do something with result
      // ...
  }
  

• ThreadLocal类
  用处：保存线程的独立变量。对一个线程类（继承自Thread) 当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。常用于用户登录控制，如记录session信息。

  实现：每个Thread都持有一个TreadLocalMap类型的变量（该类是一个轻量级的Map，功能与map一样，区别是桶里放的是entry而不是entry的链表。功能还是一个map。）以本身为key，以目标为value。 主要方法是get()和set(T a)，set之后在map里维护一个threadLocal -> a，get时将a返回。ThreadLocal是一个特殊的容器。

• 并发包：原子类、锁类、容器类、管理类总结
  并发包总结1
  并发包总结2

• cas和aba
  CAS：对于内存中的某一个值V，提供一个旧值A和一个新值B。如果提供的旧值V和A相等就把B写入V。这个过程是原子性的。
  CAS执行结果要么成功要么失败，对于失败的情形下一班采用不断重试。或者放弃。
  ABA：如果另一个线程修改V值假设原来是A，先修改成B，再修改回成A。当前线程的CAS操作无法分辨当前V值是否发生过变化。
  如何解决ABA问题？ 通常是使用版本戳来解决这个问题，避免并发中的问题。 CAS是一种乐观锁技术

• 重排序/happens before 
  JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。
  happen-before原则是JMM中非常重要的原则，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，保证了多线程环境下的可见性。
  happen-before原则解决了重排序带来的多线程运行问题。
  如果两个操作之间具有happens-before 关系，那么前一个操作的结果就会对后面一个操作可见。

  happens-before原则规则：

  1. 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作；
  2. 锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作；
  3. volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作；
  4. 传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C；
  5. 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作；
  6. 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生；
  7. 线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行；
  8. 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始；

• 线程池
  Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
  （缓存、固定、定时、单例）

  1. newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
  2. newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
  3. newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。（定时任务建议用这个，不要用TimerTask,因为：异常退出所有任务）
  4. newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

• 参考文献
  文献1-并发多线程
  文献2-并发编程指南
  文献3-AQS
  文献4-concurrentHashMap