并发编程 知识点

1. Executor框架

2. Fork/join

Fork/Join框架是Java7提供了的一个用于并行执行任务的框架， 是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。

我们再通过Fork和Join这两个单词来理解下Fork/Join框架，Fork就是把一个大任务切分为若干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到这个大任务的结果。比如计算1+2+。。＋10000，可以分割成10个子任务，每个子任务分别对1000个数进行求和，最终汇总这10个子任务的结果。

重做一道Java面试题（Fork/Join）

3. happen-before

http://ifeve.com/easy-happens-before/

3.1 happens-before偏序关系

synchronized、大部分锁，众所周知的一个功能就是使多个线程互斥/串行的（共享锁允许多个线程同时访问，如读锁）访问临界区，但他们的第二个功能 —— 保证变量的可见性 —— 常被遗忘。

为什么存在可见性问题？

简单介绍下。相对于内存，CPU的速度是极高的，如果CPU需要存取数据时都直接与内存打交道，在存取过程中，CPU将一直空闲，这是一种极大的浪费，妈妈说，浪费是不好的，所以，现代的CPU里都有很多寄存器，多级cache，他们比内存的存取速度高多了。某个线程执行时，内存中的一份数据，会存在于该线程的工作存储中（working memory，是cache和寄存器的一个抽象，这个解释源于《Concurrent Programming in Java: Design Principles and Patterns, Second Edition》§2.2.7，原文：Every thread is defined to have a working memory (an abstraction of caches and registers) in which to store values. 有不少人觉得working memory是内存的某个部分，这可能是有些译作将working memory译为工作内存的缘故，为避免混淆，这里称其为工作存储，每个线程都有自己的工作存储），并在某个特定时候回写到内存。单线程时，这没有问题，如果是多线程要同时访问同一个变量呢？内存中一个变量会存在于多个工作存储中，线程1修改了变量a的值什么时候对线程2可见？此外，编译器或运行时为了效率可以在允许的时候对指令进行重排序，重排序后的执行顺序就与代码不一致了，这样线程2读取某个变量的时候线程1可能还没有进行写入操作呢，虽然代码顺序上写操作是在前面的。这就是可见性问题的由来。

我们无法枚举所有的场景来规定某个线程修改的变量何时对另一个线程可见。但可以制定一些通用的规则，这就是happens-before。它是一个偏序关系，Java内存模型中定义了许多Action，有些Action之间存在happens-before关系（并不是所有Action两两之间都有happens-before关系）。“ActionA happens-before ActionB”这样的描述很扰乱视线，是不是？OK，换个描述，如果ActionA happens-before ActionB，我们可以记作hb(ActionA,ActionB)或者记作ActionA < ActionB，这货在这里已经不是小于号了，它是偏序关系，是不是隐约有些离散数学的味道，不喜欢？嗯，我也不喜欢，so，下面都用hb(ActionA,ActionB)这种方式来表述。

从Java内存模型中取两条happens-before关系来瞅瞅：

An unlock on a monitor happens-before every subsequent lock on that monitor.
A write to a volatile field happens-before every subsequent read of that volatile.

对一个monitor的解锁操作happens-before后续对同一个monitor的加锁操作”、“对某个volatile字段的写操作happens-before后续对同一个volatile字段的读操作”……莫名其妙、不知所云、不能理解……就是这个心情。是不是说解锁操作要先于锁定操作发生？这有违常规啊。确实不是这么理解的。happens-before规则不是描述实际操作的先后顺序，它是用来描述可见性的一种规则，下面我给上述两条规则换个说法：

如果线程1解锁了monitor a，接着线程2锁定了a，那么，线程1解锁a之前的写操作都对线程2可见（线程1和线程2可以是同一个线程）。 如果线程1写入了volatile变量v（这里和后续的“变量”都指的是对象的字段、类字段和数组元素），接着线程2读取了v，那么，线程1写入v及之前的写操作都对线程2可见（线程1和线程2可以是同一个线程）。

是不是很简单，瞬间觉得这篇文章弱爆了，说了那么多，其实就是在说“如果hb(a,b)，那么a及之前的写操作在另一个线程t1进行了b操作时都对t1可见（同一个线程就不会有可见性问题，下面不再重复了）”。虽然弱爆了，但还得有始有终，是不是，继续来，再看两条happens-before规则：

All actions in a thread happen-before any other thread successfully returns from a join() on that thread.
Each action in a thread happens-before every subsequent action in that thread.

通俗版：

线程t1写入的所有变量（所有action都与那个join有hb关系，当然也包括线程t1终止前的最后一个action了，最后一个action及之前的所有写入操作，所以是所有变量），在任意其它线程t2调用t1.join()成功返回后，都对t2可见。 线程中上一个动作及之前的所有写操作在该线程执行下一个动作时对该线程可见（也就是说，同一个线程中前面的所有写操作对后面的操作可见） 大致都是这个样子的解释。

happens-before关系有个很重要的性质，就是传递性，即，如果hb(a,b),hb(b,c)，则有hb(a,c)。

Java内存模型中只是列出了几种比较基本的hb规则，在Java语言层面，又衍生了许多其他happens-before规则，如ReentrantLock的unlock与lock操作，又如AbstractQueuedSynchronizer的release与acquire，setState与getState等等。

4. 数据结构

 

4.1 ConcurrentHashMap

4.2 ConcurrentLinkedQueue

 

5. 线程池

 

5.1 参数设置

5.2 原理

5.3 拒绝策略

 

6. 线程状态

 

7. Lock/synchronized

 

8. 原子操作类

 

- java.util.concurrent.atomic

原子操作类相当于泛化的volatile变量，能够支持原子读取-修改-写操作。

比如AtomicInteger表示一个int类型的数值，提供了get和set方法，

这些volatile类型的变量在读取与写入上有着相同的内存语义。

原子操作类共有13个类，在Java.util.concurrent.atomic包下，可以分为四种类型的原子更新类：

原子更新基本类型、原子更新数组类型、原子更新引用和原子更新属性。

8.1 原子更新基本类型类（只有3个）

AtomicInteger

AtomicBoolean

AtomicLong

核心实现是使用了unsafe的循环CAS。

unsafe也只提供了3种CAS：compareAndSwapObject,compareAndSwapInt,compareAndSwapLong

因为原子操作类只支持3种，其他的基本类型可以使用这三个代替。

8.2 原子更新数组

AtomicIntegerArray

AtomicLongArray

AtomicReferenceArray

构造方法传入的是个数组，原子类会复制一个数组。

8.3 原子更新引用类型

AtomicReference

AtomicReferenceFieldUpdater

AtomicMarkableReference

8.4 原子更新字段类

AtomicIntegerFieldUpdater

AtomicLongFieldUpdater

AtomicStampedReference 可以解决CAS的ABA问题

9. 并发工具类

9.1 CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步工具类，它允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程的操作执行完后再执行。在Java并发中，countdownlatch的概念是一个常见的面试题，所以一定要确保你很好的理解了它。在这篇文章中，我将会涉及到在Java并发编 程中跟CountDownLatch相关的以下几点：

CountDownLatch是什么？ CountDownLatch如何工作？ 在实时系统中的应用场景 应用范例 常见的面试题

CountDownLatch是什么

CountDownLatch是在java1.5被引入的，跟它一起被引入的并发工具类还有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue，它们都存在于java.util.concurrent包下。CountDownLatch这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

9.2 CuclicBarrier

CyclicBarrier和CountDownLatch一样，都是关于线程的计数器。

9.3 Semaphore

一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。拿到信号量的线程可以进入代码，否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。
相关方法

acquire
public void acquire()
throws InterruptedException
从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断。获取一个许可（如果提供了一个）并立即返回，将可用的许可数减 1。
如果没有可用的许可，则在发生以下两种情况之一前，禁止将当前线程用于线程安排目的并使其处于休眠状态：
某些其他线程调用此信号量的 release() 方法，并且当前线程是下一个要被分配许可的线程；或者
其他某些线程中断当前线程。
如果当前线程：
被此方法将其已中断状态设置为 on ；或者
在等待许可时被中断。
则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。
抛出：
InterruptedException - 如果当前线程被中断
release
public void release()
释放一个许可，将其返回给信号量。释放一个许可，将可用的许可数增加 1。如果任意线程试图获取许可，则选中一个线程并将刚刚释放的许可给予它。然后针对线程安排目的启用（或再启用）该线程。
不要求释放许可的线程必须通过调用 acquire() 来获取许可。通过应用程序中的编程约定来建立信号量的正确用法。

9.4 Exchanger

Exchanger可以在两个线程之间交换数据，只能是2个线程，他不支持更多的线程之间互换数据。

当线程A调用Exchange对象的exchange()方法后，他会陷入阻塞状态，直到线程B也调用了exchange()方法，然后以线程安全的方式交换数据，之后线程A和B继续运行