并发编程
2016-03-15 11:27:03 3 举报AI智能生成
并发编程是一种程序设计技术，它允许多个计算过程或任务同时进行。这种技术的主要优点是可以提高系统的响应速度和处理能力，因为它可以充分利用多核处理器的优势。并发编程的主要挑战在于如何正确地管理这些并行的任务，以避免数据竞争和其他潜在的问题。为了实现并发，程序员需要使用特殊的编程结构和工具，如线程、进程、锁、信号量等。并发编程在许多领域都有广泛的应用，包括操作系统、数据库系统、网络通信、游戏开发等。
作者其他创作
大纲/内容
多线程优势
提升资源利用率和系统吞吐率
发挥多处理器的强大能力
风险
活跃性问题，多线程中可能会出现进程死锁的情况
安全性问题，对于非线程安全的程序执行过程可能不可预测
性能，多线程会带来性能上的开销
线程安全性
概念：无论运行环境采用何种调度方式或者这些线程将如如何交替执行，在主调代码中不需要任何额外的同步或协同，这个类都能表现出正确的行为，称为线程安全类
核心在于对状态访问操作的管理，特别是共享和可变的状态的访问
共享表示多个线程同时访问，可变表示变量的值在其声明周期内可以发生变化
无状态对象一定是线程安全，即类中没有任何成员变量，也没有对其他类中成员变量的引用
由于不恰当的执行时序而出现不正确的结果，称之为竞态条件
最常见的为'先检查后执行',check-then-act
复合操作，++i等都为复合操作，必须引入必要的同步机制保证线程安全
加锁机制
内置锁，即synchronized block，是一种互斥锁；内置锁可重入，即如果某个线程视图获得一个已经由它自己持有的锁，这个请求就会成功
对于可能被多个线程同时访问的可变状态变量，访问它时都需要持有同一个锁
权衡简单性和性能之间的关系，避免出现不良并发与应用
对象共享
可见性
当一个线程修改对象状态后其它线程能够看到发生的状态变化
在没有同步的情况下，编译器处理器都可能对操作的执行顺序进行调整，而引发意想不到的情况
volatile变量，用来确保变量的更新操作通知到其他线程
声明为volatile后，编译器不会对该变量上的操作重新排序，不会缓存在寄存器或者其他处理器看不到的地方
典型用法：检查某个状态标识以判断是否退出循环
volatile变量不能保证操作的原子性，使用volatile变量要满足三个条件
对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者保证只有单线程更新变量的值
该变量不会跟其他状态变量一起纳入不变性条件
在访问变量时不需要加锁
发布与逸出
发布对象指使对象能够在当前作用域之外的代码中执行
发布一个对象后，在该对象的非私有域中引用的所有对象都会被发布
不要隐式的使this引用逸出；不要在构造器中使this引用逸出
线程封闭，即不共享数据
ad-hoc线程封闭，线程封闭的职责由程序来承担
栈封闭，只有通过局部变量才能访问对象
ThreadLocal类，用于对可变单实例变量或者全局变量进行共享
不变性
满足下面条件对象才是不可变的
对象创建以后其状态就不能修改
对象所有域都是final
对象是正确创建的（没有在创建时this引用逸出）
对象组合
设计线程安全类
收集同步需求
下一个状态依赖于当前状态，这个操作必定会是复合操作
依赖状态操作
基于状态的先验条件，例如不能从空的队列中删除元素
状态所有权
实例封闭
将数据封装在对象内部，将数据的访问限制在对象的方法上
内置锁，synchronized
java类库里的容器线程啊全包装类
线程安全性委托
利用线程安全类组合对象
当类中有复合操作，仅仅使用委托不足以实现线程安全性，必须提供加锁机制保证复合操作为原子操作，除非整个复合操作都可以委托给状态变量
在现有线程安全类中添加功能
通过组合实现添加功能
基础构建模块
同步容器类
同步容器执行check-then-act操作时，没有客户端加锁也是线程安全的，但当多个线程修改容器时，可能会出现意料之外的情况
迭代器和ConcurrentModificationException
如果在迭代期间计数器被修改，执行hasNext和next将抛出ConcurrentModificationException
隐藏的迭代器
容器的toString()方法，equals,hashCode等方法都可能抛出ConcurrentModificationException
并发容器
通过并发容器代替同步容器可以极大的提高伸缩性并降低风险
例如ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList,Queue,BlockingQueue等
双端队列，Deque,BlockingDeque
生产者与消费者
用阻塞队列支持生产者和消费者模式，将数据的生产和使用过程解耦来简化工作负担
使用双端队列，支持工作秘取，既每个消费者都有一个双端的工作队列，当某个消费者完成自己队列的全部工作，可以从其他消费者的双端队列末尾秘密的取得工作
阻塞方法和中断方法
Thread提供interrupt方法用于中断县城或者查询线程是否已经被中断
当代码调用了一个会抛出interruptedException异常的方法时，该方法自己就变成了一个阻塞方法
传递异常
恢复中断
同步工具类
闭锁
延迟线程的进度直到其到达终止状态
CountDownLatch
FutureTask
Semaphore,信号量，用来控制同时访问某个特定资源的操作数量
栅栏,CyclicBarrier,所有线程同时到达栅栏位置才能继续执行
结构化并发应用程序
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