? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Java增強之并發(fā)編程

1 多線程

1.1 進程及線程

程序啟動的時候，電腦會把這個程序加載到內(nèi)存，在內(nèi)存中需要給當(dāng)前的程序分配一段的獨立運行的空間，這個空間就專門負(fù)責(zé)這個程序的運行。每個應(yīng)用程序運行都需要在內(nèi)存中有自己獨立的運行空間，互不影響。進程就是應(yīng)用程序在內(nèi)存中的獨立空間，負(fù)責(zé)當(dāng)前應(yīng)用程序的運行，負(fù)責(zé)調(diào)度當(dāng)前程序中的所有運行細(xì)節(jié)。

線程：位于進程中，負(fù)責(zé)當(dāng)前進程中的某個具備獨立運行資質(zhì)的空間，負(fù)責(zé)程序中具體的某個獨功能的運行。一個進程中至少有一個線程，可以并發(fā)運行多個線程。多線程之間共享同一個堆空間，每個線程都有自己獨立的棧空間

1.2 多線程

在一個進程中，同時開啟多個線程，同時去完成某些任務(wù)。

一個進程可以并發(fā)運行多個線程，提高運行效率。

1.3 多線程運行的原理

CPU在線程中做時間片的切換。程序的運行時CPU負(fù)責(zé)的，其實CPU在運行程序時，某個時刻只能運行一個程序，CPU在多個程序之間進行高速的切換，因為切換的頻率和速度太快了，所以我們是看不出來的。從而得知多線程雖然可以提高程序的運行效率，但是不能無限制的開線程。

1.4 實現(xiàn)線程的方式

（1）繼承Thread類

（2）實現(xiàn)Runnable接口

（3）Callable和FutureTask創(chuàng)建線程

（4）通過線程池創(chuàng)建線程

代碼演示見之前的文章：https://blog.csdn.net/weixin_43786255/article/details/92065717

1.5 線程狀態(tài)圖解

詳細(xì)講解見：https://blog.csdn.net/weixin_43786255/article/details/92065717

2 java同步關(guān)鍵字

在多線程編程中，為了達到線程安全的目的，往往通過加鎖的方式來實現(xiàn)。

2.1 synchronized

是JVM級別的鎖，在編譯過程中，在指令級別加入一些標(biāo)識來實現(xiàn)。無法中斷正在阻塞隊列或者等待隊列的線程。synchronize是java語言的內(nèi)置特性，鎖的釋放是由jvm決定的，人工無法干預(yù) 。

常與wait(),notify(),notifyAll()方法聯(lián)用，調(diào)用wait()方法線程讓出CPU，釋放鎖，進入等待狀態(tài)waitting，進入等待隊列。當(dāng)其他線程調(diào)用notify()（隨機喚醒等待隊列中的一個線程）或notifyAll()（喚醒等待隊列中的全部線程）時沒會將隊列中的線程對象，放入第二個阻塞隊列，狀態(tài)是blocked，等待鎖被釋放后，開始競爭鎖。

synchronize提供了偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖。

鎖的釋放時機有兩種情況：

? ? ? ? ? ?①獲取鎖的線程操作完成，該線程會自動釋放鎖 ；②)獲取鎖的線程出現(xiàn)異常，jvm會自動釋放。

synchronized存在的問題 ：

? ? ? ? ? ?①如果獲取鎖標(biāo)記的線程不主動釋放鎖，則未獲取標(biāo)記的只能等待，而且人工無法干預(yù)；②當(dāng)多個線程讀寫文件時，讀讀操作互相不影響，但是synchronized仍然無法同時執(zhí)行。

2.2 Lock

Lock鎖是Java代碼級別的，用戶可以主動添加鎖，但是必須手動釋放鎖。因此一般來說，使用 Lock 必須在 try{}catch{}塊中進行，并且將釋放鎖的操作放在 finally 塊中進行，以保證鎖一定被被釋放，防止死鎖的發(fā)生。提供了公平鎖，輪詢鎖，定時鎖，可中斷鎖等，還增加了多路通知機制（Condition），可以用一個鎖來管理多個同步塊。

與synchronized的區(qū)別：

? ? ? ? ? ?①synchronized 是 Java 語言的關(guān)鍵字，因此是內(nèi)置特性。Lock是一個類，通過這個類可以實現(xiàn)同步訪問；

? ? ? ? ? ?②synchronized 由系統(tǒng)自動釋放，lock必須手動釋放，否則可能產(chǎn)生死鎖。

常見方法如下：

void lock()	獲取鎖(阻塞,如果其他線程獲取到鎖,需要等待)
boolean tryLock()	獲取鎖(非阻塞,如果其他線程獲取到鎖,則返回false)
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)	獲取鎖(在指定的時間范圍內(nèi)獲取,超時返回false)
void lockInterruptibly()	可中斷鎖
void unlock()	釋放鎖

ReentrantLock 類是唯一實現(xiàn)了Lock 接口的類，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。

區(qū)別對待讀、寫的操作用ReadWriteLock接口的實現(xiàn)類ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多豐富的方法，不過最主要的有兩個方法：readLock()和 writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。

ReadWriteLock將讀寫操作分離處理：

? ? ? ? ? ?①一個線程獲取讀鎖,另外的線程可以獲取讀鎖。但是不能獲取寫鎖(必須等待讀鎖釋放)。

? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?②一個線程獲取寫鎖,那么一定要等待該線程釋放寫鎖,其他線程才能執(zhí)行讀寫操作。

2.3 死鎖

死鎖：兩個或兩個以上的線程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，會讓程序掛起無法完成任務(wù)。

產(chǎn)生死鎖的條件：

? ? ? ? ? ①互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用；

? ? ? ? ? ②請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞式，對已獲得的資源保持不放；

? ? ? ? ? ③不剝奪條件：進程已獲得的資源，在未使用完成之前，不能強制剝奪；

? ? ? ? ? ④循環(huán)等待條件：若干進程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。

如何避免死鎖：避免相互等待，設(shè)置標(biāo)記位

死鎖處理：破壞條件

2.4 Volatile特殊域變量

首先了解在多線程編程中，要解決的問題主要有以下三方面：

? ? ? ? ? ? ①原子性：作為一個整體運行

? ? ? ? ? ? ②可見性：多個線程修改的內(nèi)容是可見的。CPU不是直接和系統(tǒng)內(nèi)存通信，而是把變量讀到內(nèi)部的緩沖，也叫私? ? ? ? ? ? ? ?有的數(shù)據(jù)工作棧，修改也是在內(nèi)部緩存中，但是何時修改到系統(tǒng)內(nèi)存不能確定，這個時間差就可能導(dǎo)致讀到的值不是最新? ? ? ? ? ? ?值。

? ? ? ? ? ? ③指令重排：虛擬機把代碼編譯成指令后，出于優(yōu)化，保證代碼不變的情況下，會調(diào)整指令的執(zhí)行順序

valotile能夠滿足可見性和有序性，但無法保證原子性。

? ? ? ? ? ? ①保證可見性：在修改后強行把對變量的修改同步到系統(tǒng)內(nèi)存中，當(dāng)其他CPu在讀取自己內(nèi)部緩存中的值發(fā)現(xiàn)是? ? ? ? ? ? ? ? volatile修飾的時候會把內(nèi)部緩存中的值置為無效，從系統(tǒng)內(nèi)存中讀取。

? ? ? ? ? ? ②保證有序性：在某些指令中插入屏障指令，用于確保在向屏障指令后面繼續(xù)執(zhí)行的時候，前面的所有指令已經(jīng)? ? ? ? ? ? ? ? 輸入完畢。

原子性通過原子量：Atomicxxx:原子量保證數(shù)據(jù)的原子性

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2.5 ThreadLocal線程變量副本

ThreadLocal提供了線程本地變量，訪問本地變量的每個線程都會拷貝一個變量到自己的本地內(nèi)存，多個線程操作這個變量的時候，實際上是操作自己本地內(nèi)存里面的變量，這樣就不會對其他線程產(chǎn)生影響。

ThreadLocal與同步機制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題，ThreadLocal采用以時間換空間的方式，同步機制采用以空間換時間的方式

作用：保證線程的獨立變量。

應(yīng)用場景：有變量或?qū)ο髮嵗枰诰€程中多個地方被重復(fù)使用，不希望線程之間共享，又不希望每次使用是都重新創(chuàng)建，加大內(nèi)存開銷。

與Synchronized的區(qū)別：Synchronized用于線程間的數(shù)據(jù)共享，而ThreadLocal則用于線程間的數(shù)據(jù)隔離。

使用：可以將可以將 ThreadLoad<T>視為 Map<Thread ,T>，把需要隔離的數(shù)據(jù)放入ThreadLocal，通過threadLocal.set(val)賦值，threadLocal.get()獲取值，最好不要放在線程池中，避免復(fù)用。

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3 并發(fā)包

3.1 java并發(fā)包

jdk1.5版本以后，大多數(shù)的特性在 java.util.concurrent 包中，是專門用于多線程發(fā)編程的，充分利用了現(xiàn)代多處理器和多核心系統(tǒng)的功能以編寫大規(guī)模并發(fā)應(yīng)用程序。主要包含原子量、并發(fā)集合、同步器、可重入鎖，并對線程池的構(gòu)造提供了強力
的支持。

3.2 線程池

通過重用現(xiàn)有的線程池，而不是創(chuàng)建新的線程，可以在處理多個請求的時候分?jǐn)傇诰€程創(chuàng)建和銷毀過程中產(chǎn)生的巨大開銷，當(dāng)請求到達的時候工作線程已經(jīng)存在，不會由于等待創(chuàng)建線程而延遲執(zhí)行，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)性。

?public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? int maximumPoolSize, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? long keepAliveTime, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? TimeUnit unit, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? BlockingQueue<Runnable> workQueue) { ? ? ? ? this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, ? ? ? ? ? ? ?Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler); ? ? } corePoolSize: 核心池的大小(常駐線程數(shù)) maximumPoolSize: 最大的線程數(shù)(任務(wù)數(shù)) keepAliveTime: 線程空閑的等待時間 unit:等待時間的單位 workQueue: 并發(fā)的等待隊列(如果任務(wù)數(shù)超過核心池的大小,任務(wù)需要在隊列中等待,有界/無界) factory: 線程工廠,創(chuàng)建線程 handler: 任務(wù)拒絕的策略(隊列中的任務(wù)數(shù)和核心池的任務(wù)數(shù)超過總的max/任務(wù)數(shù)超過核心池+有界隊列中的數(shù)目)

ThreadPoolExecutor的執(zhí)行順序：

? ? ? ? ? ?①當(dāng)線程數(shù)小于核心線程數(shù)時，創(chuàng)建線程

? ? ? ? ? ?②當(dāng)線程數(shù)大于核心線程數(shù)，且隊列未滿時，將任務(wù)放入任務(wù)隊列

? ? ? ? ? ?③當(dāng)線程數(shù)大于核心線程數(shù)時，且隊列任務(wù)已滿，若線程數(shù)小于最大線程數(shù)（核心線程數(shù)+有界隊列的數(shù)目），則創(chuàng)建線程；若線程數(shù)大于最大線程數(shù)，則拋出異常，拒絕任務(wù)。

更多詳細(xì)講解見：https://blog.csdn.net/weixin_43786255/article/details/92065717

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總結(jié)

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

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