线程的补充

Posted 2021-03-13 howlet

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1. ThreadLocal

ThreadLocal让线程有自己的局部变量，其中重要的方法有：set()，get()，remove()

ThreadLocal的使用

public static void main(String[] args) {
    
    ThreadLocal<String> local = new ThreadLocal();

    Thread thread1 = new Thread( () -> {
        local.set("我是线程1的消息");
        System.out.println("线程1的输出：" + local.get());
    });
    
    Thread thread2 = new Thread( () -> {
        System.out.println("线程2的输出：" + local.get());
    }) ;
    
    thread1.start();
    thread2.start();
}

线程1的输出：我是线程1的消息
线程2的输出：null

线程1存的内容，只有线程1能使用，其他线程拿不到

2. 原理

• 来看看set方法

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();      //获取当前线程
    ThreadLocalMap map = getMap(t);         //获取ThreadLocalMap，下面会说明
    if (map != null)                        //map非空就设值
        map.set(this, value);               //键为threadloacl
    else                                    //空了就创建，map的键为当前线程，值为存入的值
        createMap(t, value);
}

• ThreadLocal内部维护了一个静态内部类--ThreadLocalMap，其内部又维护了Map

static class ThreadLocalMap {

/**
 * The entries in this hash map extend WeakReference, using
 * its main ref field as the key (which is always a
 * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
 * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
 * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
 * as "stale entries" in the code that follows.
 */
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

• 在Thread中维护了一个变量ThreadLocalMap，真实复杂
• 即Thread维护了一个特殊的map集合，键值分别为线程和要存的值，这样就实现了ThreadLocal了

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
 * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

3. 内存泄漏

ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用，想要避免内存泄露就要手动remove()，key是弱引用，值不是

4. 线程死锁

• 互斥条件：线程使用的资源不共享
• 请求与保持条件：一个线程有一个资源且等待获取一个被其他线程拥有的资源
• 非剥夺条件：分配的资源不能从相应的线程中被强制剥夺
• 循环等待条件：一个线程等待其他线程，其他线程又等待该线程

避免死锁:

• 固定加锁的顺序(针对锁顺序死锁)
• 开放调用(针对对象之间协作造成的死锁)
• 使用定时锁tryLock()，如果等待获取锁时间超时，则抛出异常而不是一直等待！

5. Atomic

public class Synchronizedtest implements Runnable {

    int i = 0;

    @Override
    public void run() {
            i++;
            System.out.println("i :" + i);
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        Synchronizedtest st = new Synchronizedtest();
        
        for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
            new Thread(st).start();
        }
    }
}

多试几次会发现最后结果不是1000，为什么会这样呢？上面操作是线程不安全的，因为 i++ 不是原子操作，要分为三步：

• 读取 i 值
• 把读取的值 + 1
• 再把新值赋到 i 中

但如果用synchronized方法未免太浪费了,一个加法就用上了锁

public synchronized void run() {
    i++;
    System.out.println("i :" + i);
}

那么还有一种方法：java.util.concurrent.atomic，原子类，通过自旋CAS操作volatile变量实现

下面以AtomicInteger为例

public class Synchronizedtest implements Runnable {

    AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);

    @Override
    public void run() {
            i.addAndGet(1);
            System.out.println("i :" + i);
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        Synchronizedtest st = new Synchronizedtest();
        
        for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
            new Thread(st).start();
        }
    }
}

创建原子类后，要使用该类特有方法来实现加减乘除，而不是直接 i++;

之后的结果一直为1000，实现了原子性

下面列出几个常见方法：

• set(int newValue) 设置新值

• get() 获得当前值
• getAndDecrement() ：-=
• getAndIncrement() ：+=
• addAndGet(int delta)：+/-= delta可以为负数

• compareAndSet(int expect, int update)： CAS操作

ABA问题

• 假设 num = 0
• 线程1修改其为10：compareAndSet(0, 10)
• 线程2修改其为 0 ：compareAndSet(10, 0)
• 线程3修改为100，重点在于线程3不知道 num 已经多次修改，只是最后才将值改回来：：compareAndSet(0, 100)

下面也举了个例子

public class ABADemo {
    
    private static AtomicReference atomicReference = new AtomicReference(0);

    public static void main(String[] args) {
        
        new Thread( () -> {
            atomicReference.compareAndSet(0, 10);
            atomicReference.compareAndSet(10, 0);
        },"t1").start();
        
        new Thread( () -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            atomicReference.compareAndSet(100, 2019);
        },"t2").start();
    }
}

可以发现t2可以修改t1改变之后的值

解决方法：增加一个版本号

这件事如果发生在链表中就是不安全的，所以JDK提供了类来解决

• AtomicStampedReference

• AtomicMarkableReference

public class ABADemo {
    
    private static AtomicStampedReference atomicStampedReference = new AtomicStampedReference(100,1);

    public static void main(String[] args) {
        
        new Thread(() -> {
            
            //t1的初始版本号
            System.out.println(atomicStampedReference.getStamp());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            atomicStampedReference.compareAndSet(0, 10,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
            atomicStampedReference.compareAndSet(10, 0,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
        },"t1").start();
        
        new Thread(() -> {
            //t2初始版本号
            System.out.println(atomicStampedReference.getStamp());
            
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //最新版本号
            System.out.println(atomicStampedReference.getStamp());
            atomicStampedReference.compareAndSet(0, 100,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1);
        },"t2").start();
    }
}

可以看到t2因为版本号对不上而不能操作成功