JUC 多线程-并发编程

多线程基础

　　一个Java程序实际上是一个JVM进程，

　　JVM进程用一个主线程来执行main()方法，在main()方法内部，我们又可以启动多个线程。

　　此外，JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程等。

　　内存角度：单线程相当于栈空间里的函数压栈、串行运行；多线程是每个线程开辟一个栈空间，CPU给多个线程并发运行。

什么是JUC

jdk包的三个首字母Java Util Concurrent

准备工作：

保证IDEA设置：

1）File=>Project Structure=>Modules + Project这两个都是java-8版本

2）File=>Setting=>Build=>Compiler=>Java Compiler是java-8版本

多线程状态&转换：

sleep 休眠

　　模拟网络延时、倒计时（单位是毫秒ms）

TimeUnit.SECONDS.sleep(5);  //休眠

yield 礼让

　　运行态==>就绪态

　　就绪态回到运行态后，会继续执行run()方法后面的内容

join 强制执行（插队）

interrupt 中断（他杀）

　　thread.interrupt();　 //中断线程是一个线程，让另一个thread中断

wait（配合notify）

wait必须在同步代码块中（可结合线程状态图来理解）

（sleep可以在任何地方）

jvm中的runnable相当于上图中操作系统状态的running+runnable

统称为阻塞状态三种：它们分别是 Blocked(同步锁定阻塞)、Waiting(等待)、Timed Waiting(计时等待) .

JVM 6状态：

1）观察线程状态（6种）

2）获取线程名字：

3）

创建多线程（3种方法）：

三种方法创建线程：

1. 继承Thread类，重写run()方法（不推荐，因为java单继承，如果继承Thread就占用了继承的名额）

　　这时候main的线程和TestThread1的线程并发执行

2. 实现Runnable接口（无返回值）

3. Callable和Future submit接口（有返回值）

例子：

CompleteFuture（Future的优化版）：

Callable

callable和runnable的区别：

可以有返回值、可以抛出异常

方法不同：run() 和 call()

线程优先级（大的优先）

后台线程 daemon （也叫守护线程）

　　实例：

锁

同步锁 Synchronized

1. 同步方法：临界资源方法名前加上"synchronized"关键字；加锁对象默认是this

2. 同步代码块：创建同步的块，将临界资源及其操作放到里面：

只要在方法前加上一个关键词就好了

    public synchronized void sell(){

volatile 和 Synchronized 区别

作用级别：volatile 只用于变量；　　　　变量、方法、类
可见性&原子性：volatile可见性，不保证原子性；synchronized 修改可见性、原子性
阻塞：volatile不阻塞；synchronized 阻塞。
编译器优化：volatile不会优化（内存屏障）；synchronized可以优化

Lock锁

ReentrantLock 可重入锁（re entrant lock）

Lock锁示例：

    Lock lock = new ReentrantLock();
    public void sell(){
        lock.lock();
        try {
            if(number>0){ //限制票数大于0
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了一张票，还剩下：" + (number--) + "张票。");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    } //lock锁必须成对（ 一个lock() + 一个unlock() , 不然会死锁 ）

ReadWriteLock 读锁+写锁（ReadLock、WriteLock；读锁==共享锁；写锁==独占锁）

例子：

读锁、写锁分别使用：

Lock和Synchronized的区别：

相同点：

　　都是可重入锁

区别：

　　lock是显式锁（手动开关锁）；　　synchronized隐式锁（出了作用域自动释放）

　　lock只有代码块锁，　　synchronized有方法锁、代码块锁

　　lock锁，JVM调度线程花费小、性能好。并且扩展性好（提供更多子类）

　　优先使用顺序：lock>synchronized代码块>synchronized方法

乐观锁、悲观锁

乐观锁:

假定不发生冲突，提交时，检查版本、回退。

CAS（自旋锁：达到预期就改，否则自旋等待）

ABA问题（A=>B=>A）解决方法用版本机制，AtomicInteger.getStamp()

悲观锁：

假定发生冲突，用锁把事务锁起来：

代码块加锁synchronized

MySQL排它锁（写锁、X锁）

2）公平锁、非公平锁

公平锁：不能插队

非公平锁（默认）：可以插队

3）可重入锁 ReentrantLock

可重入锁也叫：递归锁

　　　　=> 拿到外面的锁，就自动获得里面的锁。

4）自旋锁 SpinLock

　　　　=> 不断循环尝试，直到成功为止

5）死锁排查

遇到死锁（不会爆异常），Terminal命令行操作：

1）使用 jps -l 来定位进程号：

=> 可以找到死锁对应的进程号

2）使用 jstack + 进程号来查看具体信息：

进程和线程

区别

根本区别：

　　进程是操作系统 资源分配 的基本单位，而线程是处理器任务 调度和执行 的基本单位

资源开销：

　　每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

包含关系：

　　如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配：

　　同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系：

　　一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程：

　　每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行

多个线程共享进程的：堆 + 方法区资源，

每个线程有自己的：程序计数器 + 虚拟机栈 + 本地方法栈

进程：QQ.exe　　Music.exe　　有java环境的.jar

java默认有2个线程：main、GC垃圾回收

开线程方式：Thread（继承）、Runnable（实现接口）、Callable（实现接口+有返回值）

java无法直接开线程，start() 要调用native本地方法，用底层的C++来操作硬件

System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());    //获取CPU核数

并发编程的目的：充分利用多核CPU的资源

线程间通信

1）wait + notify 生产者消费者：

wait ()
notify() /notifyAll(

ps: notifyAll 更常用

ps: wait()还有种用法就是wait(1000)这样的加上时间参数，在等待时间结束之后，就不等notify()了

2）join() 方法==>插队

使用场景：

　　主线程创建并启动子线程，如果子线程中进行大量的运算，主线程往往早于子线程结束。这时主线程要等待子线程完成之后再结束。

　　比如子线程处理一个数据，主线程要取得这个数据中的值，就要用到join()方法。

join()方法就是等待线程对象销毁。

join的实现其实是基于等待通知机制（wait+notify）。

3）Volatile （利用可见性）内存共享

每次修改变量后，立刻回写到主内存。
在此过程中，会通知其他线程读取新值。

4) 管道通信

5）三个常用的辅助类=》计数（CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore）

（1）CountDownLatch 用来倒数

（2）CyclicBarrier 线程计数器

（3）Semaphore 信号量

进程间通信

套接字(socket)网络通信

消息队列(messagequeue)

管道(pipe)

　　半双工

　　管道分为pipe（无名管道）和fifo（命名管道）两种，

　　pipe：父子进程

信号量(semaphore) ==》PV操作（同步、互斥）

共享内存(shared memory)

生产者消费者

例子：2个线程交替执行

/**
 * 线程之间通信问题，线程交替执行
 * wait notify
 * */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();　　//新建对象
        new Thread(()->{
            for(int i=0;i<10;i++){
                try {
                    myData.increment();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"product").start();
        new Thread(()->{
            for(int i=0;i<10;i++){
                try {
                    myData.increment();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"product-2").start();
        new Thread(()->{
            for(int i=0;i<10;i++){
                try {
                    myData.decrement();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"consumer").start();
        new Thread(()->{
            for(int i=0;i<10;i++){
                try {
                    myData.decrement();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"consumer-2").start();
    }
}

class MyData{//数字 资源类
    private int number =0;

    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while(number != 0)this.wait();  //wait要放在while中     //不能用if,if会虚假唤醒
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "=>" + "number = " + number);
        this.notifyAll();
    }
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        while(number == 0)this.wait();
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + "number = " + number);
        this.notifyAll();
    }
}

JUC版生产者消费者（Condition + lock）

Synchronized => Lock

wait + notifyAll => Condition (await + signal)

1）Condition + lock 替代原有锁的功能

class MyNewData{//数字 资源类
    private int number =0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();

    public void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(number != 0)condition.await();  //wait要放在while中     //不能用if,if会虚假唤醒
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + "number = " + number);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        lock.unlock();
    }
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(number == 0)condition.await();
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + "number = " + number);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        lock.unlock();
    }
}

2）Condition + lock 精准通知唤醒

例子：3个线程循环

package ProducerConsumer;

import lombok.Data;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author 晋青杨 j50016344
 * @create 2021-04-26
 **/
public class Test_3 {
    public static void main(String[] args) {
        Data3 data3 = new Data3();
        new Thread(()->{
            try {
                for(int i =0;i<10;i++)data3.printA();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"Thread_A").start();
        new Thread(()->{
            try {
                for(int i =0;i<10;i++)data3.printB();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"Thread_B").start();
        new Thread(()->{
            try {
                for(int i =0;i<10;i++)data3.printC();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"Thread_C").start();
    }
}

@Data
class Data3{
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition1 = lock.newCondition();  //Alt+Enter自动生成等号左边
    Condition condition2 = lock.newCondition();
    Condition condition3 = lock.newCondition();  //【重点】 建立3个condition,每个都具有自己的await和signal,可以精准的等待、唤醒；

    private int number =1; //1A  2B  3C

    public  void printA() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(number!=1)condition1.await(); //1等待
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=> A");
            //唤醒2：
            number =2;
            condition2.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        lock.unlock();
    }

    public  void printB() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(number!=2)condition2.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=> B");
            //唤醒3：
            number =3;
            condition3.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        lock.unlock();
    }

    public  void printC() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(number!=3)condition3.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=> C");
            //唤醒1：
            number =1;
            condition1.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        lock.unlock();
    }
}

8锁问题

/**
 * ====== 8锁：关于锁的8个问题 ======
 * 1) 在中间有1s间隔情况下，两个线程是先 send 还是 call ? 先send => 因为先在synchronized那里抢到锁，就会先执行 => send第0s  call第1s
 * 2) send在1)的基础上，方法内部追加3s的延迟，两个线程是先 send 还是 call ? 先send => 补充：send和call都是在第3s执行
 * 3) 新定义一个不加锁的方法：hello,然后线程B来调用此方法。=> 先hello，再send => hello在第一秒运行到，此时也不用抢锁，直接执行
 * 4) 如果两个实例对象，就会有两个不同的锁；两个对象互不影响
 * 5) 6)将类中的方法用static修饰，于是锁的是类，于是两个实例对象也会共用一把锁
 * 7) 8)一个方法是 静态加锁; 另一个是 普通加锁 => 用的是两个锁，只有静态的方法才会参与类加锁
 * 上面的 5)7)是一个实例对象;  6)8)是两个实例对象
 * */

public class lock8 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        Phone phone1 = new Phone();
//        Phone phone2 = new Phone();
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            try {
                phone.sendMessage();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"Thread_A").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        new Thread(()->{
            phone.hello();
        },"Thread_B").start();
    }

}

class Phone{
    // synchronized锁的对象是：方法的调用者 => 调用者：普通情况下是对象，加static后是类
    public static synchronized void sendMessage() throws InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);　　//由于这里会等2s所以：如果共用一把锁，则send会先执行，否则别的方法先执行
        System.out.println("send message");
    }
    public synchronized void call(){
        System.out.println("call");
    }
    //没有锁的方法：
    public void hello(){
        System.out.println("hello");
    }
}

集合类不安全

Java STL内置的线程安全的Concurrent Collection：

Atomic原子操作的封装类

getAndIncrement()　　//num++

IncrementAndGet()　　//++num

原子操作实现了无锁的线程安全；
适用于计数器，累加器等。

AtomicInteger

　　利用 CAS (compare and set) + volatile 来保证原子操作，

　　从而避免 synchronized 的高开销，执行效率大为提升。

UnSafe 类的 objectFieldOffset() 方法是一个本地方法，这个方法是用来拿到“原来的值”的内存地址。

另外 value 是一个volatile变量，在内存中可见，因此 JVM 可以保证任何时刻任何线程总能拿到该变量的最新值。

CAS（CompareAndSet，比较并更新）

　　　　=> 如果期望的expect值达到了，就set；否则就不更新，并一直循环等（自旋锁）

CAS缺点：

1、循环会耗时

2、一次性只能保证一个共享变量的原子性

3、ABA问题

原子引用解决ABA问题

ABA问题就是：A->B->A，其他线程以为没有变化，但实际上是改变过了的

解决方法就是用时间戳来判断有没有被动过

CAS比较并更新的对象是：

　　值+stamp 2个内容

ConcurrentHashMap原理

HashMap:

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(16, 0.75f);
// HashMap 加载因子，初始容量

ConcurrentHashMap并发原理：

jdk1.7：

　　Segment + HashEntry 数据结构，对Segment加锁；各个Segment之间互不影响

jdk1.8：

　　数组 +（链表 / 红黑树），对链表头结点 / 红黑树根节点加锁；

　　各个（链表 / 红黑树）之间互不影响

CAS + synchronized实现更加细粒度的锁

JDK1.8 中为什么使用内置锁 synchronized替换可重入锁 ReentrantLock？★★★★★

在 JDK1.6 中，对 synchronized 锁的实现引入了大量的优化，并且 synchronized 有多种锁状态，会从无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁一步步转换。
减少内存开销。假设使用可重入锁来获得同步支持，那么每个节点都需要通过继承 AQS 来获得同步支持。但并不是每个节点都需要获得同步支持的，只有链表的头节点（红黑树的根节点）需要同步，这无疑带来了巨大内存浪费。

读写锁 ReadWriteLock

读写分离，读可以并发，写只能用一个线程。

阻塞队列 BlockingQueue

BlockingQueue是Collection下和Set、List平级的类

运用：多线程并发处理，线程池

线程池

优点：

避免重复创建、销毁线程；提高性能
便于线程管理（可以控制最大并发数、时间等）

线程池必会：3大方法、7大参数、4种拒绝策略

三大线程池：

SingleThreadExecutor：单线程池

FixedThreadPool：线程数固定的线程池

CachedThreadPool：线程数动态调整

=> 3种方法只是封了一层，使得输入的参数减少了。源码中都是通过ThreadPoolExecutor来产生的线程池，只是3种之间的参数不一样。

7大参数：（3个核心参数）

（建议用 ThreadPoolExecutor 7大参数来自定义，而不是 Executors 去创建，否则可能会导致 OOM。）

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,　　//核心线程池大小；
                              int maximumPoolSize,　　//最大线程池大小。定义策略：CPU密集型=>几核就定义几个（如12个） 
                              long keepAliveTime,　　//超时没有使用 就会释放
                              TimeUnit unit,　　　　//超时 时间单位
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,　　//阻塞队列（含同步队列）
                              ThreadFactory threadFactory,　　//线程工厂：固定用于创建线程
                              RejectedExecutionHandler handler) { //拒绝策略：超过maximumPoolSize之后的拒绝策略　　　//7大参数

如果：需要的线程数 > 最大线程池（获取到线程的个数） + 阻塞队列（排队中），就会触发拒绝策略

4种拒绝策略：

　　Abort【默认】：超出线程，会抛出异常

　　CallerRuns：超出线程，会还给main或者调用它的地方

　　Discard：直接丢掉多余的任务，不抛异常

　　DiscardOldest：尝试与最早使用线程池的线程竞争，而不是直接丢掉。也不会抛异常

最大线程池大小，定义策略（调优）：

1）CPU密集型 =>几核就定义几个（如12个）

int coreNum = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); //因为不同的电脑不一样，通过此方法动态获取CPU核数
System.out.println("coreNum = " + coreNum);

2）IO密集型 => 比如有15个大型io密集任务，就开辟大于任务数的线程数

设置线程池大小maximumPoolSize为约2倍的任务数即可。

Java8新特性

四大函数式接口（重点）

函数式接口 Function、断定型接口 Predicate、消费型接口 Consumer、供给型接口 Supplier

1）函数型接口Function：只有一个方法的接口

典型例子：

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

简化编程模型，在新版本的框架底层大量应用

函数式编程例子：

import java.util.function.Function;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Function function = new Function<String,Integer>() {  //泛型中一个入参 + 一个出参，与里面重写的apply的入参、出参类型对应
            @Override
            public Integer apply(String str) {　　//与上方的类型对应
                return str.length();
            }
        };
        System.out.println(function.apply("2199"));
    }
}

简写为lambda表达式：

Function<String,Integer> function = (str)->{ return str.length(); };

2）断定型接口Predicate：

有一个输入值，和一个返回的bool值（用于判断返回真伪）

Predicate <String> predicate = s -> {return s.isEmpty();};  //lambda表达式来写
System.out.println(predicate.test(""));

3）消费型接口Consumer：

只有入参，没有返回值

Consumer <String> consumer =(str)->{ System.out.println("打印内容:" + str); };
consumer.accept("2199");

4）供给型接口Supplier：

没有入参，只有返回值

Supplier<String> supplier = ()->{return "2199";};
System.out.println(supplier.get());

Stream流式计算

大数据：存储 + 计算

　　存储 => 集合、MySQL

　　计算 => 交给流

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1,"a",21);
        User u2 = new User(2,"b",22);
        User u3 = new User(3,"c",23);
        User u4 = new User(4,"d",24);
        User u5 = new User(5,"e",25);
        User u6 = new User(6,"f",26);
        User u7 = new User(7,"g",27);
        //集合用于存储
        List<User> list = Arrays.asList(u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7); //记住这套路
        System.out.println("list = " + list);

        /**
         * 题目要求：
         * 1) id是奇数
         * 2) age大于22
         * 3) 用户名转换为大写
         * 4) 按照用户名倒叙排列
         * 5) 限制输出2个用户
         * */

        //计算用流stream
        list.stream()
                .filter(u-> u.getId()%2==1)  //.filter里面直接放bool条件
                .filter(u-> u.getAge()>22)
                .map(u->{u.getName().toUpperCase(); return u;})
                .sorted((x,y)->{return y.getName().compareTo(x.getName());}) //倒序
                .limit(2)
                .forEach(System.out::println);
    }//流式计算 + 链式编程 + lambda表达式 + 函数式接口, jdk-8的四大要素都有了
}

jdk-8 时代程序员：lambda表达式、函数式接口、链式编程、Stream流式计算

分支合并 ForkJoin（jdk1.7）

ForkJoin在jdk1.7，并行执行任务，提高效率，大数据量

大数据MapReduce：把大任务拆分成小任务

ForkJoin特点：工作窃取 => 一个线程干活太快，把别的线程的任务抢过来

双端队列Deque：从两边都可以取出来

代码理解：

public class Test {
    @org.junit.Test
    public void test1(){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        Long sum = 0L;
        for (Long i = 0L; i<=10_0000_0000; i++){　　//10_0000_0000量级
            sum += i;
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "用时：" + (endTime-startTime) + "ms");  //朴素计算=>5.4秒
    }

    @org.junit.Test
    public void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTest forkJoinTest = new ForkJoinTest(0L, 10_0000_0000L);
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(forkJoinTest);
        Long sum = submit.get();

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "用时：" + (endTime-startTime) + "ms");  //ForkJoin方法(类似递归)=>3.6秒
    }

    @org.junit.Test
    public void test3() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        Long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0,Long::sum);
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "用时：" + (endTime-startTime) + "ms");  //Stream方法=>0.14秒
    }

    @org.junit.Test
    public void test4(){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        Long sum = (0L+ 10_0000_0000L) * (10_0000_0000L-0 + 1) /2;
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "用时：" + (endTime-startTime) + "ms");  //公式作弊方法=>0毫秒
    }
}
//在10_0000量级：
//朴素计算6ms;  ForkJoin用时8ms  Stream用时45ms =>和上面的情况完全反过来了
//所以不在大数据量的情况下，Stream不一定就很快

异步回调Async

类似于Ajax（C与S之间），不过这里是Java内部的异步调用。

public class Future {
    @Test
    public void FutureTest1() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);//异步线程耗时，就会返回到主线程继续执行，等到有结果了才会返回来sout
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "runAsync");
        });
        System.out.println("在主线程ing...");
        completableFuture.get();    //获取阻塞执行结果
    }
    
    @Test
    public void FutureTest2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
//            int x = 2/0; //导致异常的语句
            return 2199;
        });
        completableFuture.whenComplete((t,u)->{
            System.out.println("success.");  //正常返回结果
            System.out.println("t=>" + t);
            System.out.println("u=>" + u);
        }).exceptionally((e)->{
            System.out.println("exception.");  //错误返回结果
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
            return 2333;
        });
    }
}

volatile

1）保证可见性

2）不保证原子性

3）禁止指令重排

JMM（Java 内存模型）（引出volatile）

指令重排：为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。

内存屏障：用于保证指令顺序执行。内存屏障分为 LoadLoad、StoreStroe、LoadStore、StoreLoad 四种。（用在volatile前后加）

一、保证可见性

每次修改变量后，立刻回写到主内存。
在此过程中，会通知其他线程读取新值。

（不然各个线程，存有一个值的不同副本）

二、不保证原子性

原因：

例如你让一个volatile的integer自增（i++），其实要分成3步：

1）读取volatile变量值到local； 2）增加变量的值；3）把local的值写回，让其它的线程可见。

这3步的jvm指令为：

在内存屏障之前的几步都是不安全的 ==》所以不保证原子性

解决方法：Atomic类

// 2）volatile 不保证原子性，所以就使用Atomic和CAS来保证原子性
public class Test2 {
//    private volatile static int num =0;
    private static AtomicInteger num = new AtomicInteger(); //使用原子类的Integer

    public static void add(){
        //num++; //不是一个原子方法
        num.getAndIncrement();  //AtomicInteger的+1方法  //用的是底层CAS方法(见下方)  //比锁高效非常多倍
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i =0;i< 20;i++){
            new Thread(()->{
                for(int j =0;j<100_0000;j++){
                    add();
                }
            }).start();
        }
        while(Thread.activeCount()>2){  // main + gc留下，其他都停掉；相当于finally打扫战场
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + num);
    }
}
//不保证原子性的后果：多线程修改num时，会导致最终计算结果经常不正确（例如下图的例子中，结果就不是正确结果：）

下图中，左边使用AtomicInteger，右边使用普通int（计算结果不正确）

Atomic机理CAS（CompareAndSet，比较并更新）

　　　　=> 如果期望的expect值达到了，就set；否则就不更新，并一直循环等（自旋锁）

CAS缺点：

1、循环会耗时

2、一次性只能保证一个共享变量的原子性

3、ABA问题

public class CAS {

    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        //如果期望的expect值达到了，就set，否则就不更新。CAS是CPU的并发原语
        atomicInteger.compareAndSet(2020,2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());　　// true 2021
        atomicInteger.compareAndSet(2020,2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());　　// false 2021
    }
}

unsafe类：

ABA问题：版本号解决

ABA问题就是：A->B->A，其他线程以为没有变化，但实际上是改变过了的

解决方法就是用时间戳来判断有没有被动过

CAS比较并更新的对象是：

　　值+stamp 2个内容

三、禁止指令重排

在符合上下指令之间的依赖性的前提下，编译器+执行器，会进行重排。

　　　　源代码-->编译器优化重排-->指令并行可能会重排-->内存系统重排 -->执行

volatile写的前后，加内存屏障，避免指令重排现象。

volatile两种功能：

1）可见性

　　每个线程都有一块单独内存，存储的共享变量会有不同副本

2）禁止（编译器）指令重排、顺序优化

　　由于编译器优化，在实际执行的时候可能与我们编写的顺序不同。

　　这在单线程看起来没什么问题，然而一旦引入多线程，这种乱序就可能导致严重问题。

volatile 和 Synchronized 区别

深入单例模式（synchronized + volatile）

单例模式：一个类只能构造一个实例对象（"构造器私有"）

场景：

　　Windows任务管理器、回收站

　　项目中，配置文件的类，一般只有一个对象

　　Spring中的Bean（缓存中取bean很快，减少jvm垃圾回收）（当有请求来的时候会先从缓存(map)里查看有没有，有的话直接使用这个对象，没有的话才实例化一个新的对象）

1）饿汉式单例

　　==》上来直接new对象，所有类实例化。坏处是：大量浪费不必要的资源（因为很多类不需要实例化）

2）懒汉式单例

　　==》按需创建；如果单例已经创建，会返回之前创建的对象。

　　　　线程不安全：多个线程可能会并发调用它的getInstance()方法，导致创建多个实例，

　　　　因此需要加锁解决线程同步问题（ Synchronized 同步锁来修饰 getInstance 方法）

三种线程安全的方法：

方法一：双重锁检测 DCL

　　==》首先将类加同步锁（syn），但是new语句不是原子操作，所以对了类的实例加volatile锁（可见性）

第一把锁：synchronized锁

第二把锁：volatile锁

方法二：静态内部类

public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
         /**
         * 静态初始化器，由JVM来保证线程安全
         */
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

方法三：枚举

　　==》直接把类名前的class替换成enum就好了，因为枚举无法反射

比较：

使用选择：

一般情况下直接使用饿汉式就好了，

如果明确要求要懒加载（lazy initialization）会倾向于使用静态内部类（比DCL写起来简单），

如果涉及到反序列化创建对象时会试着使用枚举方式来实现单例。

posted @ 2021-04-30 22:07 青杨风2199 阅读(111) 评论(0) 编辑收藏举报

会员力量，点亮园子希望

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JUC 多线程-并发编程

多线程基础

多线程状态&转换：

创建 多线程（3种方法）：

1. 继承Thread类，重写run()方法（不推荐，因为java单继承，如果继承Thread就占用了继承的名额）

2. 实现Runnable接口（无返回值）

3. Callable和Future submit接口（有返回值）

锁

同步锁 Synchronized

volatile 和 Synchronized 区别

Lock锁

ReentrantLock 可重入锁 （re entrant lock）

ReadWriteLock 读锁+写锁 （ReadLock、WriteLock；读锁==共享锁；写锁==独占锁）

Lock和Synchronized的区别：

乐观锁、悲观锁

进程和线程

区别

线程间通信

进程间通信

JUC版 生产者消费者（Condition + lock）

8锁问题

集合类不安全

Atomic原子操作的封装类

AtomicInteger

CAS（CompareAndSet，比较并更新）

原子引用 解决ABA问题

ConcurrentHashMap原理

线程池

三大线程池：

7大参数：（3个核心参数）

4种拒绝策略：

Java8新特性

四大 函数式接口（重点）

Stream流式计算

volatile

JMM（Java 内存模型）（引出volatile）

一、保证可见性

二、不保证原子性

解决方法：Atomic类

Atomic机理CAS（CompareAndSet，比较并更新）

ABA问题：版本号解决

三、禁止指令重排

volatile 和 Synchronized 区别

深入单例模式（synchronized + volatile）

三种线程安全的方法：

创建多线程（3种方法）：

ReentrantLock 可重入锁（re entrant lock）

ReadWriteLock 读锁+写锁（ReadLock、WriteLock；读锁==共享锁；写锁==独占锁）

JUC版生产者消费者（Condition + lock）

原子引用解决ABA问题

四大函数式接口（重点）