聲明：Java并發(fā)的內(nèi)容是自己閱讀《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》和《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》整理來的。

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目錄

(1)基礎(chǔ)概念

(2)線程

(3)鎖

(4)同步器

(5)并發(fā)容器和框架

(6)Java并發(fā)工具類

(7)原子操作類

(8)Executor框架(執(zhí)行機(jī)制)

(9)其他

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(一).基礎(chǔ)概念

1.可見性和原子性

• 可見性：一個(gè)線程修改了共享變量的值，另一個(gè)線程可以讀到這個(gè)修改的值。
• 原子性：不可被中斷的一個(gè)或一系列操作。

如何保障原子性：

• 使用總線鎖保證原子性。
• 使用緩存鎖保證原子性。

2.原子操作的三種實(shí)現(xiàn)：

(1).CAS(Compare And Swap 比較與交換)

需要輸入兩個(gè)數(shù)值(一個(gè)舊值和一個(gè)新值)，在操作期間先比較舊值有沒有發(fā)生變化，如果沒有發(fā)生變化，才交換成新值，如果發(fā)生了變化就不交換。

存在的三大問題：

• ABA問題：如果一個(gè)值原來是A，變成了B，又變成了A，那么使用CAS進(jìn)行檢查時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)它的值沒有發(fā)生變化，但是實(shí)際是發(fā)生了變化。解決方案：1.使用版本號(hào)，在變量前面追加版本號(hào)，每次變量更新都把版本號(hào)加1。JDK提供的類：AtomicStampedReference。
• 循環(huán)時(shí)間長開銷大。
• 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作。

解決方案：JDK提供AtomicReference類來保證引用對(duì)象之間的原子性，可以把多個(gè)變量放在一個(gè)對(duì)象里進(jìn)行CAS操作。

(2).鎖

(3).JDK并發(fā)包的支持

如:AtomicBoolean(用原子方式更新的boolean值)，

AtomicInteger(用原子方式更新的int值)，

AutomicLong(用原子方式更新的long值)。

3.同步原語

(1).volatile

特點(diǎn):

• 可見性：對(duì)一個(gè)volatile變量的讀，總是能看到任意線程對(duì)這個(gè)volatile變量最后的寫入。
• 原子性：對(duì)任意單個(gè)volatile變量的讀/寫具有原子性。
• 從內(nèi)存語義角度：volatile的寫-讀與鎖的釋放-獲取有相同的內(nèi)存效果。
• 為了實(shí)現(xiàn)volatile的內(nèi)存語義，編譯期在生成字節(jié)碼時(shí)，會(huì)在指令序列中插入內(nèi)存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。
• 從編譯器重排序規(guī)則和處理器內(nèi)存屏障插入策略來看，只要volatile變量與普通變量之間的重排序可能會(huì)破壞volatile的內(nèi)存語義，這種重排序就會(huì)被編譯器重排序規(guī)則和處理器內(nèi)存屏障插入策略禁止。

實(shí)現(xiàn)原理：

• 將當(dāng)前處理器緩存行的數(shù)據(jù)回寫到系統(tǒng)內(nèi)存。
• 寫回內(nèi)存的操作會(huì)使其他CPU里緩存該內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)無效。

(2).synchronized

不同情況鎖住的對(duì)象：

• 對(duì)于普通同步方法，鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象。
• 對(duì)于靜態(tài)同步方法，鎖是當(dāng)前類的Class對(duì)象。
• 對(duì)于同步方法塊，鎖是Synchronized括號(hào)里配置的對(duì)象。

(3)final

public class FinalExample {int i; //普通變量final int j; //final變量static FinalExample obj;public FinalExample() { //構(gòu)造函數(shù)i = 1; //寫普通域j = 2; //寫final域}public static void writer() {obj = new FinalExample();}public static void reader() {FinalExample object = obj; //讀對(duì)象引用int a = object.i; //讀普通域int n = object.j; //讀final域} }

• 寫final域的重排序規(guī)則：JMM禁止將final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外。
• 讀final域的重排序規(guī)則：在一個(gè)線程中，初次讀對(duì)象引用與初次讀該對(duì)象包含的final域，JMM禁止處理器重排序這兩個(gè)操作。

4.Java內(nèi)存模型(JMM)

5.重排序

重排序的3種類型：

• 編譯器優(yōu)化的重排序。
• 指令級(jí)并行的重排序。
• 內(nèi)存系統(tǒng)的重排序。

編譯器和處理器在重排序時(shí)，會(huì)遵守?cái)?shù)據(jù)依賴性，編譯器和處理器不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序。

6.順序一致性

順序一致性內(nèi)存模型兩大特征：

• 一個(gè)線程中的所有操作必須按照程序的順序來執(zhí)行。
• （不管程序是否同步)所有線程都只能看到一個(gè)單一的操作執(zhí)行順序。在順序一致性內(nèi)存模型中，每個(gè)操作都必須原子執(zhí)行且立刻對(duì)所有線程可見。

7.happens-before與as-if-serial

JMM對(duì)happens-before的設(shè)計(jì)原則：只要不改變程序的執(zhí)行結(jié)果（指的是單線程程序和正確同步的多線程程序），編譯器和處理器怎么優(yōu)化都行。

happens-before關(guān)系的定義：

(1)如果一個(gè)操作happens-before另一個(gè)操作，那么第一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果將對(duì)第二個(gè)操作可見，而且第一個(gè)操作的執(zhí)行順序排在第二個(gè)操作之前。

(2)兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)必須要按照happens-before關(guān)系指定的順序來執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果，與按happens-before關(guān)系來執(zhí)行的結(jié)果一致，那么JMM允許這種重排序。

as-if-serial：不管怎么重排序(編譯器和處理器為了提高并行度)，（單線程）程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。

區(qū)別：as-if-serial語義保障單線程內(nèi)程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變，happens-before關(guān)系保證正確同步的多線程程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變。

8.雙重檢查鎖定與延遲初始化

使用雙重檢查鎖延遲初始化

public class DoubleCheckedLocking { private static DoubleCheckedLocking instance; public static DoubleCheckedLocking getInstance() { if(null == instance) { synchronized(DoubleCheckedLocking.class) { if(null == instance) { instance = new DoubleCheckedLocking(); }}}return instance;} }

線程A-A1：分配對(duì)象的內(nèi)存空間。
線程A-A2：設(shè)置instance指向內(nèi)存空間。
線程B-B1：判斷instance是否為空。
線程B-B2：由于instance不為null，線程B將訪問instance引用的對(duì)象。
線程A-A3：初始化對(duì)象
線程A-A4：訪問instance引用的對(duì)象。

存在的問題：
A2和A3重排序，線程B訪問到一個(gè)還沒初始化的對(duì)象。

解決方案：

• 將instance變量聲明為volatile型的。通過禁止重排序來保證線程安全的延遲初始化。
• 通過不允許其他線程”看到“這個(gè)重排序?qū)崿F(xiàn)線程安全的延遲初始化。

public class InstanceFactory {private static class InstanceHolder {public static InstanceFactory instance = new InstanceFactory();}public static InstanceFactory getInstance() {return InstanceHolder.instance;} }

9.生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式

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(二).線程

1.什么是線程？

現(xiàn)代操作系統(tǒng)在運(yùn)行一個(gè)程序時(shí)，會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。現(xiàn)代操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單元是線程，也叫輕量級(jí)進(jìn)程。在一個(gè)進(jìn)程里可以創(chuàng)建多個(gè)線程，這些線程都擁有各自的計(jì)數(shù)器，堆棧和局部變量等屬性。

2.創(chuàng)建線程的三種方式

(1).Thread

@Testpublic void testThread() {Thread thread = new Thread("myThread");thread.start(); }

(2).Runnable

@Test public void testRunnable() {Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("myThread");}});thread.start(); }

(3).Callable

@Testpublic void testFutureTask() throws InterruptedException, ExecutionException {ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);Future<String> future = executorService.submit(new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {return "Hello,World!!!";}});String result = future.get();System.out.println(result);executorService.shutdown();}

3.Daemon線程

• Daemon線程是一種支持型線程，因?yàn)樗饕挥米鞒绦蛑泻笈_(tái)調(diào)度以及支持性工作。
• 當(dāng)一個(gè)Java虛擬機(jī)中不存在非Daemon線程的時(shí)候，Java虛擬機(jī)將會(huì)退出。
• 可以通過調(diào)用Thread,setDaemon(true)將線程設(shè)置為Daemon線程。

4.等待/通知機(jī)制

等待/通知機(jī)制，是指一個(gè)線程A調(diào)用了對(duì)象O的wait()方法進(jìn)入等待狀態(tài)，而另一個(gè)線程B調(diào)用了對(duì)象O的notify()或者notifyAll()方法，線程A收到通知后從對(duì)象O的wait()方法返回，進(jìn)而執(zhí)行后續(xù)操作。

等待方遵循如下規(guī)則：

• 獲取對(duì)象的鎖
• 如果條件不滿足，那么調(diào)用對(duì)象的wait()方法，被通知后仍要檢查條件。
• 條件滿足則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的邏輯。

while(條件不滿足){對(duì)象.wait(); }//處理對(duì)應(yīng)的邏輯

通知方遵循如下規(guī)則：

• 獲得對(duì)象的鎖。
• 改變條件
• 通知所有等待在對(duì)象上的線程。

synchronized(對(duì)象){//改變條件對(duì)象.notifyAll();}

5.Thread.join()

當(dāng)前線程A要等待thread線程終止之后才能從thread.join()返回。

6.ThreadLocal

ThreadLocal，即線程變量，是一個(gè)以ThreadLocal對(duì)象為鍵，任意對(duì)象為值的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)被附帶在線程上，也就是說一個(gè)線程可以根據(jù)一個(gè)ThreadLocal對(duì)象查詢到綁定到這個(gè)線程上的一個(gè)值。

7.線程的終止、中斷

(1).Thread.interrupt:中斷線程

• 除非線程正在進(jìn)行中斷它自身，否則都會(huì)接受這個(gè)方法的中斷。會(huì)調(diào)用Thread.checkAccess()，可能會(huì)拋出SecurityException。
• 如果線程調(diào)用了Object.wait()，Thread.sleep()，Thread.join()處于阻塞狀態(tài)，那它的堵塞狀態(tài)會(huì)被清除，并得到一個(gè)InterruptedException。
• 如果線程在InterruptibleChannel上的I/O操作中被中斷，通道會(huì)被關(guān)閉，線程的中斷狀態(tài)會(huì)被設(shè)置，并得到一個(gè)ClosedByInterruptedException。

(2).Thread.interrupted:測(cè)試當(dāng)前線程是否被中斷。

清除線程的中斷狀態(tài)。如果連續(xù)調(diào)用兩次這個(gè)方法，第二次調(diào)用會(huì)返回false(除非當(dāng)前線程再次被中斷，在第一次調(diào)用清除它的中斷狀態(tài)之后，并且在第二次調(diào)用檢查它之前）。

(3).Thread.isInterrupted:測(cè)試某個(gè)線程是否被中斷

中斷狀態(tài)是否被重置取決于傳入的值。

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(三).鎖

鎖是Java并發(fā)編程中最重要的同步機(jī)制。鎖除了讓臨界區(qū)互斥執(zhí)行外，還可以讓釋放鎖的線程向獲取同一個(gè)鎖的線程發(fā)送消息。

1.鎖的內(nèi)存語義：

• 利用volatile變量的寫-讀所具有的內(nèi)存語義。
• 利用CAS所附帶的volatile讀和volatile寫的內(nèi)存語義。

2.重入鎖

(1).什么是重入鎖？
支持重進(jìn)入的鎖，表示鎖能夠支持一個(gè)線程對(duì)資源的重復(fù)加鎖。重入鎖支持獲取鎖時(shí)的公平性和非公平性選擇。

(2).解決兩個(gè)問題：

• 線程再次獲取鎖：鎖需要去識(shí)別獲取鎖的線程是否為當(dāng)前占據(jù)鎖的線程，如果是，則再次獲取鎖。
• 鎖的最終釋放：鎖的最終釋放要求鎖對(duì)于鎖獲取進(jìn)行計(jì)數(shù)自增，計(jì)數(shù)表示當(dāng)前鎖被重復(fù)獲取的次數(shù)，而鎖被釋放時(shí)，計(jì)數(shù)自減，當(dāng)計(jì)數(shù)等于0時(shí)表示鎖已經(jīng)釋放。

3.排他鎖：ReentrantLock

(1)公平鎖：

• 公平鎖釋放時(shí)，最后要寫一個(gè)volatile變量state。
• 公平鎖獲取時(shí)，首先會(huì)去讀volatile變量。

(2)非公平鎖：

• 非公平鎖釋放時(shí)，最后要寫一個(gè)volatile變量state。
• 非公平鎖獲取時(shí)，首先會(huì)用CAS(CompareAndSet)更新volation變量，這個(gè)操作同時(shí)具有volatile寫和volatile讀的內(nèi)存語義。

(3)公平鎖與非公平鎖的區(qū)別

公平性與否是針對(duì)獲取鎖而言的。

• 公平鎖：如果一個(gè)鎖是公平的，那么獲取鎖的順序就應(yīng)該符合請(qǐng)求的絕對(duì)時(shí)間順序，也就是FIFO。
• 非公平鎖：剛釋放鎖的線程再次獲取同步狀態(tài)的幾率會(huì)非常大，使得其他線程只能在同步隊(duì)列中等待。

公平性鎖保證了鎖的獲取按照FIFO原則，而代價(jià)是進(jìn)行大量的線程切換。非公平性鎖雖然可能造成”饑餓“，但極少的線程切換，保證其更大的吞吐量。

4.Lock

(1)讀寫鎖：ReentrantReadWriteLock

讀寫鎖在同一時(shí)刻可以允許多個(gè)讀線程訪問，但是在寫線程訪問時(shí)，所有的讀線程和其他寫線程均被堵塞。

讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)分析：

• 讀寫狀態(tài)的設(shè)計(jì)：同步狀態(tài)表示鎖被一個(gè)線程重復(fù)獲取的次數(shù)，而讀寫鎖的自定義同步需要在同步狀態(tài)(一個(gè)整型變量)上維護(hù)多個(gè)讀線程和一個(gè)寫線程的狀態(tài)，使得該狀態(tài)的設(shè)計(jì)成為讀寫鎖實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
• 寫鎖的獲取與釋放：寫鎖是一個(gè)支持重進(jìn)入的排它鎖。如果當(dāng)前線程已經(jīng)獲取了寫鎖，則增加寫狀態(tài)。如果當(dāng)前線程在獲取寫鎖時(shí)，讀鎖已經(jīng)被獲取（讀狀態(tài)不為0）或者該線程不是已經(jīng)獲取寫鎖的線程，則當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)。
• 讀鎖的獲取與釋放：如果當(dāng)前線程已經(jīng)獲取了讀鎖，就增加讀狀態(tài)。如果當(dāng)前線程在獲取讀鎖時(shí)，寫鎖已被其他線程獲取，則進(jìn)入等待狀態(tài)。
• 鎖降級(jí)：鎖降級(jí)指的是寫鎖降級(jí)為讀鎖。指把持住（當(dāng)前擁有的）寫鎖，再獲取到讀鎖，隨后釋放（先前擁有的）讀鎖的過程。

鎖的四種狀態(tài)：無鎖，偏向鎖，輕量級(jí)鎖，重量級(jí)鎖

5.LockSupport工具

當(dāng)需要阻塞或喚醒一個(gè)線程的時(shí)候，都會(huì)使用LockSupport工具類來完成相應(yīng)的工作。

6.Condition接口

Condition接口提供了類似Object的監(jiān)視器方法(包括wait()，wait(long timeout)，notify()，以及notifyAll()方法)，與Lock配合可以實(shí)現(xiàn)等待/通知模式。

Condition的實(shí)現(xiàn)：等待隊(duì)列，等待和通知。

• 等待隊(duì)列：等待隊(duì)列是一個(gè)FIFO隊(duì)列，在隊(duì)列中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含了一個(gè)線程引用，該線程是在Condition對(duì)象上等待的線程，如果一個(gè)線程調(diào)用了Condition.await()方法，那么該線程會(huì)釋放鎖，構(gòu)造成節(jié)點(diǎn)加入等待隊(duì)列并進(jìn)入等待狀態(tài)。
• 等待：調(diào)用Condition的await()方法（或者以await開頭的方法），會(huì)使當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊(duì)列并釋放鎖，同時(shí)線程狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)。當(dāng)從await()方法返回時(shí)，當(dāng)前線程一定獲取了Condition相關(guān)的鎖。
• 通知：調(diào)用Condition的signal()方法，將會(huì)喚醒在等待隊(duì)列中等待時(shí)間最長的節(jié)點(diǎn)（首節(jié)點(diǎn)），在喚醒節(jié)點(diǎn)之前，會(huì)將節(jié)點(diǎn)移步到同步隊(duì)列。

7.避免活躍性危險(xiǎn)

(1).死鎖

• 哲學(xué)家用餐問題：每個(gè)線程都擁有別的線程需要的資源，同時(shí)又等待別人擁有的資源，在獲得別的資源之前不會(huì)釋放自己手上的資源。
• 數(shù)據(jù)庫事務(wù)死鎖：數(shù)據(jù)庫如果發(fā)生死鎖，會(huì)選擇一個(gè)事務(wù)釋放資源。
• 鎖順序死鎖：線程A,B都需要鎖1,2。線程A先獲得鎖1 ,再請(qǐng)求鎖2 ，線程B先獲得鎖2，再請(qǐng)求鎖1 。

8.死鎖的避免與診斷

(1).內(nèi)置鎖：只要沒有獲得鎖，就會(huì)一直等待下去。

(2).定時(shí)鎖：使用Lock類的定時(shí)tyLock功能。可以指定一個(gè)超時(shí)時(shí)限，在等待超過該時(shí)間后會(huì)返回失敗信息。

(3).線程轉(zhuǎn)儲(chǔ)

避免死鎖的四種方式:

• 避免一個(gè)線程同時(shí)獲得多個(gè)鎖。
• 避免一個(gè)線程在鎖內(nèi)同時(shí)占用多個(gè)資源，盡量保證每個(gè)鎖只獲得一個(gè)資源。
• 使用定時(shí)鎖。
• 對(duì)于數(shù)據(jù)庫鎖，加鎖和解鎖必須在一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接里，否則會(huì)出現(xiàn)解鎖失敗的情況。

9.饑餓，糟糕的響應(yīng)性，活鎖

• 饑餓：線程由于無法訪問它需要的資源而不能繼續(xù)執(zhí)行，引發(fā)饑餓最常見的資源是CPU時(shí)鐘周期。
• 活鎖通常發(fā)送在處理事務(wù)消息的應(yīng)用程序中，如果不能成功地處理事務(wù)消息，那么消息機(jī)制將回滾整個(gè)事務(wù)，將這個(gè)事務(wù)放在等待隊(duì)列的開頭。
• 當(dāng)多個(gè)相互協(xié)作的線程都對(duì)彼此響應(yīng)從而修改各自的狀態(tài)，并使得任何一個(gè)線程都無法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，就發(fā)生了活鎖。
• 在并發(fā)應(yīng)用中，通過等待隨機(jī)長度的時(shí)間和回退可以有效地避免活鎖的發(fā)生。

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(四).同步器

(1).實(shí)現(xiàn)

• 同步隊(duì)列：同步器依賴內(nèi)部的同步隊(duì)列(一個(gè)FIFO雙向隊(duì)列)來完成同步狀態(tài)的管理，當(dāng)前線程獲得同步狀態(tài)失敗時(shí)，同步器會(huì)將當(dāng)前線程以及等待狀態(tài)等信息構(gòu)造成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)并將其加入同步隊(duì)列，同時(shí)會(huì)阻塞當(dāng)前線程，當(dāng)同步狀態(tài)釋放時(shí)，會(huì)把首節(jié)點(diǎn)中的線程喚醒，使其再次嘗試獲取同步狀態(tài)。
• 獨(dú)占式同步狀態(tài)獲取與釋放：在獲取同步狀態(tài)時(shí)，同步器維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，獲取狀態(tài)失敗的線程會(huì)被加入隊(duì)列中并在隊(duì)列中進(jìn)行自旋，移除隊(duì)列的原因時(shí)自旋獲取了同步狀態(tài)且前驅(qū)節(jié)點(diǎn)時(shí)頭節(jié)點(diǎn)。在釋放同步狀態(tài)時(shí)，同步器調(diào)用tryRelease(int arg)方法釋放同步狀態(tài)，然后喚醒頭節(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)。
• 共享式同步狀態(tài)獲取與釋放：共享式獲取與獨(dú)占式獲取最主要的區(qū)別在于同一時(shí)刻能否有多個(gè)線程同時(shí)獲取同步狀態(tài)。
• 獨(dú)占式超時(shí)獲取同步狀態(tài)：在指定的時(shí)間段內(nèi)獲取同步狀態(tài)，如果獲取到同步狀態(tài)返回true，否則，返回false。

(2).AbstractQueuedSynchronized

用來構(gòu)建鎖或者其他同步組件的基礎(chǔ)框架，使用了一個(gè)int成員變量表示同步狀態(tài)，通過內(nèi)置的FIFO隊(duì)列來完成資源獲取線程的排隊(duì)工作。

提供了三個(gè)對(duì)同步狀態(tài)進(jìn)行修改的方法：

• getState()：獲取當(dāng)前同步狀態(tài)。
• setState(int new3State)：設(shè)置當(dāng)前同步狀態(tài)。
• compareAndSetState(int export,int update)：使用CAS設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)，該方法能夠保證狀態(tài)設(shè)置的原子性。

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(五).并發(fā)容器和框架

(1).ConcurrentHashMap

與HashMap,HashTable對(duì)比：

• HashMap是線程不安全，且可能導(dǎo)致程序死循環(huán)。
• HashTable效率低下。
• ConcurrentHashMap的鎖分段技術(shù)可有效提升訪問效率。首先將數(shù)據(jù)分成一段一段的存儲(chǔ)，然后給每一段數(shù)據(jù)配一把鎖，當(dāng)一個(gè)線程占用鎖訪問其中一個(gè)段的數(shù)據(jù)的時(shí)候，其他段的數(shù)據(jù)也能被其他線程訪問。

ConCurrentHashMap的結(jié)構(gòu)：ConCurrentHashMap是由Segment數(shù)組結(jié)構(gòu)和HashEntry數(shù)組結(jié)構(gòu)組成。

(2).ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue由head節(jié)點(diǎn)和tail節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)(Node)由節(jié)點(diǎn)元素(item)和指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(next)的引用組成，從而組成一張鏈表結(jié)構(gòu)的隊(duì)列。

(3).阻塞隊(duì)列

• 插入：當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)，隊(duì)列會(huì)堵塞插入元素的線程，直到隊(duì)列不滿。
• 移除：當(dāng)隊(duì)列為空，獲取元素的線程會(huì)等待線程為非空。

實(shí)現(xiàn)原理：
使用通知模式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)生產(chǎn)者往滿的隊(duì)列里添加元素時(shí)會(huì)堵塞生產(chǎn)者，當(dāng)消費(fèi)者消費(fèi)了一個(gè)隊(duì)列中的元素后，會(huì)通知生產(chǎn)者當(dāng)前隊(duì)列可用。

1.ArrayBlockingQueue

• 數(shù)組實(shí)現(xiàn)的有界阻塞隊(duì)列，按照先進(jìn)先出的原則對(duì)元素進(jìn)行排序。

2.LinkedBlockingQueue

• 繼承了AbstractQueue類，實(shí)現(xiàn)了BlockingQueue接口。
• 采用先進(jìn)先出的排列方式，頭結(jié)點(diǎn)是入隊(duì)時(shí)間最長的元素，尾結(jié)點(diǎn)是入隊(duì)時(shí)間最短的元素。新結(jié)點(diǎn)添加到隊(duì)尾，從隊(duì)頭彈出結(jié)點(diǎn)。
• 鏈表隊(duì)列的特點(diǎn)是：跟基于數(shù)組的隊(duì)列相比有更大的吞吐量，但在大多并發(fā)應(yīng)用中性能會(huì)比較差。
• LinkedBlockingQueue可以在創(chuàng)建的時(shí)候傳遞一個(gè)容量參數(shù)，限制隊(duì)列的長度，不設(shè)定的情況下，默認(rèn)是Integer.MAX_VALUE。在沒有超過隊(duì)列邊界的情況下，每次添加會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建鏈表結(jié)點(diǎn)。

3.PriorityBlockingQueue

• 是一個(gè)支持優(yōu)先級(jí)的無界阻塞隊(duì)列。默認(rèn)情況下時(shí)自然順序升序排序。

4.SychronousQueue

• SynchronousQueue是一個(gè)不存儲(chǔ)元素的堵塞隊(duì)列，每一個(gè)put操作必須等待一個(gè)take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。

5.DelayQueue

• 延遲隊(duì)列：無界隊(duì)列，只有延遲過期的任務(wù)才能加入隊(duì)列。隊(duì)列的隊(duì)首元素是在過去延遲過期最長的元素。如果沒有延遲到期，隊(duì)列中就沒有元素，調(diào)用poll方法會(huì)返回null。當(dāng)調(diào)用元素的getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)方法返回等于或小于0的值時(shí)，出現(xiàn)到期。
• DelayQueue的應(yīng)用場(chǎng)景：a.緩存系統(tǒng)：把需要緩存的元素加入DelayQueue中，讓一個(gè)線程循環(huán)測(cè)試是否能從DelayQueue中獲取元素，能表示緩存到期。b.定時(shí)任務(wù)調(diào)度。
• Timer和DelayQueue的區(qū)別？Timer只能處理單個(gè)后臺(tái)線程，而DelayQueue可以處理多個(gè)。

6 . LinkedTransferQueue

• LinkedTransferQueue是一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞TransferQueue隊(duì)列。

7 . LinkedBlockingDeque

• 一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列，可以運(yùn)用在“工作竊取”模式中。

(4).Fork/Join框架

用于并行執(zhí)行任務(wù)，把一個(gè)大任務(wù)分割成小任務(wù)，再把每個(gè)小任務(wù)的結(jié)果匯總成大任務(wù)結(jié)果。Fork是把一個(gè)大任務(wù)切分成若干子任務(wù)并行執(zhí)行，Join是合并這些子任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

(5).工作竊取算法

指某個(gè)線程從其他隊(duì)列里竊取任務(wù)來執(zhí)行。為了減少竊取任務(wù)線程和別竊取任務(wù)線程之間的競(jìng)爭，使用雙端隊(duì)列，被竊取任務(wù)線程從雙端隊(duì)列的頭部拿任務(wù)執(zhí)行，竊取任務(wù)線程從雙端隊(duì)列的尾部拿任務(wù)執(zhí)行。

• 工作竊取算法的優(yōu)點(diǎn)：充分利用線程進(jìn)行并行計(jì)算，減少線程間的競(jìng)爭。
• 工作竊取算法的缺點(diǎn)：在某些情況下還是存在競(jìng)爭，比如雙端隊(duì)列里只有一個(gè)任務(wù)時(shí)，并且該算法會(huì)消耗更多的系統(tǒng)資源，比如創(chuàng)建多個(gè)線程和多個(gè)雙端隊(duì)列。

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(六).Java并發(fā)工具類

1.CyclicBarrier

一組線程在到達(dá)一個(gè)屏障（同步點(diǎn)）前被堵塞，直到最后一個(gè)線程到達(dá)屏障時(shí)，屏障才會(huì)放行，這組線程才能繼續(xù)執(zhí)行。

應(yīng)用場(chǎng)景：可以用于多線程計(jì)算數(shù)據(jù)，最后合并計(jì)算結(jié)果。

CyclicBarrier與CountDownLatch的區(qū)別：CountDownLatch的計(jì)數(shù)器只能使用一次，而CyclicBarrier的計(jì)數(shù)器可以使用reset()方法重置。CountDownLatch的計(jì)數(shù)是減法，CyclicBarrier的計(jì)數(shù)是加法。

2.Semaphore

用來控制同時(shí)訪問特定資源的線程數(shù)量，通過協(xié)調(diào)各個(gè)線程，以保證合理的使用公共資源。

應(yīng)用場(chǎng)景：可以用于流量控制，特別是公共資源有限的應(yīng)用場(chǎng)景，比如數(shù)據(jù)庫連接。

3.CountDownLatch

允許一個(gè)或多個(gè)線程等待其他線程完成操作。

4.Exchanger

Exchanger是一個(gè)用于線程間協(xié)作的工具類。Exchanger用于進(jìn)行線程間的數(shù)據(jù)交換。它提供一個(gè)同步點(diǎn)，在這個(gè)同步點(diǎn)，兩個(gè)線程可以交換彼此的數(shù)據(jù)。這兩個(gè)線程通過exchange方法交換數(shù)據(jù)，如果第一個(gè)線程先執(zhí)行exchange()方法，會(huì)一直等待第二個(gè)線程也執(zhí)行exchange()方法，當(dāng)兩個(gè)線程都到達(dá)同步點(diǎn)時(shí)，這兩個(gè)線程就可以交換數(shù)據(jù)，將本線程生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)傳遞給對(duì)方。

應(yīng)用場(chǎng)景：用于遺傳算法。

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(七).原子操作類

1.原子更新基本類型類

• AtomicBoolean
• AtomicInteger
• AtomicLong

2.原子更新數(shù)組

• AtomicIntegerArray
• AtomicLongArray
• AtomicReferenceArray

3.原子更新引用類型

• AtomicReference
• AtomicReferenceFieldUpdater 原子更新引用類型里的字段
• AtomicMarkableReference 原子更新帶有標(biāo)記位的引用類型。

4.原子更新字段類

• AtomicIntegerFieldUpdater 原子更新整型的字段的更新器
• AtomicLongFieldUpdater 原子更新長整型字段的更新器
• AtomicStampedReference 原子更新帶有版本號(hào)的引用類型。該類將整數(shù)值與引用關(guān)聯(lián)起來，可用于原子的更新數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的版本號(hào)，可以解決使用CAS進(jìn)行原子更新時(shí)可能出現(xiàn)的ABA問題。

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(八).Executor框架(執(zhí)行機(jī)制)

從JDK5開始，把工作單元和執(zhí)行機(jī)制分離開來，工作單元包括Runnable和Callable，而執(zhí)行機(jī)制由Executor框架提供。

1.異步計(jì)算的結(jié)果：FutureTask和Future

2.任務(wù)執(zhí)行

(1).Executor(核心接口)

Executor的生命周期：創(chuàng)建，提交，開始，完成

(2).ExecutorService接口(繼承自Executor)

• ExecutorService的生命周期：運(yùn)行，關(guān)閉，已終止
• ExecutorService.shutDown和ExecutorService.shutDownNow的區(qū)別

調(diào)用的方法作用

shutDown	不再允許新的任務(wù)添加到等待隊(duì)列，正在執(zhí)行的任務(wù)和在等待隊(duì)列中的任務(wù)會(huì)執(zhí)行完畢再關(guān)閉。
shurDownNow	立刻關(guān)閉。需要知道正在執(zhí)行但是還沒執(zhí)行完畢的任務(wù)。

• ExecutorService.submit()和ExecutorService.execute()的區(qū)別:接口ExecutorService的execute()方法是繼承自Executor。

調(diào)用的方法作用

execute	用于提交不需要返回值的任務(wù)，所以無法判斷任務(wù)是否被線程池執(zhí)行成功。
submit	用于提交需要返回值的任務(wù)。線程池會(huì)返回一個(gè)Future類型的對(duì)象，通過這個(gè)Future對(duì)象可以判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功，并且通過Future的get()方法來獲取返回值，get()方法會(huì)阻塞線程直到任務(wù)完成。

• ExecutorService的創(chuàng)建：

調(diào)用分類使用

Executors.newSingleThreadExecutor()	ThreadPoolExecutor	應(yīng)用場(chǎng)景：適用于需要保證順序地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)；并且在任意時(shí)間點(diǎn)，不會(huì)有多個(gè)線程活動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)景。
Exectors.newFiexedThreadPool()	ThreadPoolExecutor	1.創(chuàng)建一個(gè)線程池，具有固定線程數(shù)，運(yùn)行在共享的無界隊(duì)列中。2.在大多數(shù)時(shí)候，線程會(huì)主動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)所有的線程都在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，有新的任務(wù)加入進(jìn)來，就會(huì)進(jìn)入等待隊(duì)列(可以有源源不斷的任務(wù)加入進(jìn)來，因?yàn)槭菬o界隊(duì)列)，當(dāng)有空閑的線程，等待隊(duì)列中的任務(wù)就會(huì)被執(zhí)行。3.如果有線程在執(zhí)行過程中因?yàn)閳?zhí)行失敗要關(guān)閉，新創(chuàng)建的線程會(huì)替失敗的線程執(zhí)行接下來的任務(wù)。4.如果想要關(guān)閉這個(gè)線程池，可以調(diào)用ExecutorService的shutDown方法。應(yīng)用場(chǎng)景：適用于為了滿足資源管理的需求，而需要限制當(dāng)前線程數(shù)量的應(yīng)用場(chǎng)景，它適用于負(fù)載比較重的服務(wù)器。
Executors.newCachedThreadPool()	ThreadPoolExecutor	應(yīng)用場(chǎng)景：適用于執(zhí)行很多短期異步任務(wù)的小程序，或者是負(fù)載較輕的服務(wù)器。
Executors.newScheduledThreadPool()	ScheduledThreadPoolExecutor	應(yīng)用場(chǎng)景：適用于需要多個(gè)后臺(tái)線程執(zhí)行周期任務(wù)，同時(shí)為了滿足管理的需求而需要限制后臺(tái)線程的數(shù)量的應(yīng)用場(chǎng)景。
Executors.newSingleThreadScheduledExecutor()	ScheduledThreadPoolExecutor	應(yīng)用場(chǎng)景：需要單個(gè)后臺(tái)線程執(zhí)行周期任務(wù)，同時(shí)需要保證順序地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)。

3.任務(wù):Runnable接口和Callable接口

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(九).其他

1.jstack

打開cmd，輸入：

• jps 查看pid(進(jìn)程號(hào))
• jstack pid

2.資源限制：指在進(jìn)行并發(fā)編程時(shí)，程序的執(zhí)行速度受到計(jì)算機(jī)硬件資源或軟件資源的限制。

3.上下文切換

減少上下文切換的方法：

• 無鎖并發(fā)編程
• CAS算法
• 使用最少線程
• 使用協(xié)程

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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