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Java多线程与高并发

2022-10-31 21:39:50   0  举报

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AI智能生成

Java多线程与高并发

多线程开发

面试问题总结

模版推荐

作者其他创作

大纲/内容

Disruptor

测试工具：JMH

基本概念

数据结构

基本使用

定义事件

定义事件对象生成的工厂

定义消费者

开始使用

高频面试加分项

线程池

基础

接口说明

Executor

说明：只有一个线程执行的方法

ExecutorService

说明：完善了线程池的生命周期

JDK提供的4中线程创建方式

newCachedThreadPool

newFixedThreadPool

newSingleThreadExecutor

newScheduleThreadPool

ThreadPoolExecutor

参数介绍

corePoolSize

maxmumPoolSize

keepAliveTIme

TimeUnit

BlockQueue

ThreadFactory

RejectStrategy

常见四种策略(可自定义)

AbortPolicy()

抛出RejectedExecutionException异常（默认）

DiscardPolicy()

抛弃当前的任务

DiscardOldestPolicy()

抛弃最旧的任务（最先提交而没有得到执行的任务）

CallerRunsPolicy()

由向线程池提交任务的线程来执行该任务

线程池的五种状态

RUNNABLE

状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态，并且线程池中的任务数为0！ private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

SHUTDOWN

状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

STOP

状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

TIDYING

状态切换：当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理； 可以通过重载terminated()函数来实现。

状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。 当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。

TERMINATED 

状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED

ForkJoinPool

核心

基础概念

五种创建线程的方式

继承Thread类

实现Runnable接口

lambda表达式

实现Callable接口

get()

原理：方法阻塞的原理是LockSupport

线程如果被取消了（调用了cancel()方法），则获取不了结果，并抛出异常

isDone()

cancel(boolean)

true

false

isCancelled()

线程池方式

线程的常用方法

[static] sleep(ms)

线程状态 --> 等待状态

注意：但不会释放锁

[static] yield()

线程状态 --> 就绪状态

说明：将线程重新放进等待队列中

注意：但不会释放锁

join()

让该线程等待另一个线程执行

注意：会释放锁

status()

获取线程的状态

wait()与nofiy()

wait()

说明：使当前对象Object进入阻塞，并释放锁

notify()

说明：唤醒该对象Object，但不释放锁

notifyAll()

线程停止的方法

suspend()与resume()

suspend()

说明：线程暂停

resume()

说明：线程启动

线程打断（其实设置标志位）

说明：线程打断，其实就是给线程跑出打断的异常，设置打断的标志位。

interrupt()

static interrupted()

stop()

说明：线程停止

Callable和FutureTask

Callable

FutureTask

isDone()

cancel(boolean)

6种线程状态

NEW

线程刚刚创建，还没有启动

RUNABLE

可运行状态，由线程调度器可以安排执行

WAITING

等待被唤醒

TIMED WAITING

隔一段时间后自动唤醒

BLOCKED

被阻塞，正在等待锁

TERMINATED

线程结束

CAS

应用案例

JDK自带的原子类

自旋锁

LongAdder

适用：线程数量多

特点：分段锁

ABA问题

解决方案：AtomicStampedReference类

四种引用

强引用

使用案例：Person person = new Person

说明：垃圾回收机制，在发现引用的时候，不会被回收

软引用

使用案例：SoftReference<Person> person = new SoftReference<>(new Person())

说明：垃圾回收机制，且内存不够用时，会被回收

应用

缓存

弱引用

使用案例：WeakReference<Person> person = new WeakReference<>(new Person())

说明：垃圾回收机制，该对象会被立即回收

应用

一般用在容器中

ThreadLocal

虚引用

JUC同步工具

线程锁

锁的种类

偏向锁

自旋锁（CAS）、乐观锁

适用场景

线程数量少，且执行时间短

特点：占用CPU资源

重量级锁

适用场景

线程数量多，或执行时间长

分类：重入性

可重入锁

不可重入锁

读写锁

共享锁（读）

排它锁（写）

synchronized()

锁升级过程

偏向锁：给对象所，添加标识

自旋锁：CAS（自旋10次就升级）

重量级锁

特点

唯一一个能让线程进入BLOCKED状态的锁

优化

锁的细化

锁的粗化

用法

Lock

基于CAS的锁

ReenrantLock

用方

lock()

unlock()

trylock()

使用tryLock进行尝试锁定，不管锁定与否，方法都将继续执行 可以根据tryLock的返回值来判定是否锁定 也可以指定tryLock的时间，由于tryLock(time)抛出异常，所以要注意unclock的处理，必须放到finally中

lockInterruptibly()

可以对 interrupt()方法做出相应（被打断）

newCondition()

创建新的等待队列

构造方法传入boolean值

true --> 公平锁

false --> 不公平锁（默认）

原理

ReadWriterLock

实现子类

ReentrantReadWriteLock

用法

readLock()

writeLock()

特点

volatile

用途

保证线程可见性

MESI

缓存一致性协议

禁止指令重排序

应用案例

懒汉式单例创建

对象创建NEW过程

JVM向内存申请空间

初始化成员变量

将对象赋值给相应的变量

变量应该加上 volatile

分段锁

应用案例

LongAdder

LockSupport

用法

park()

说明：让当前线程`停车`

unpark(Thread)

参数1：Thread

说明：指定某个线程`开车`

说明

1. 使用 unpark(Thread)时，该线程必须处于启动状态（start()状态），否则使用park()时，会被一直阻塞。

应用案例

线程之间的通信

CountDownLatch

说明：需要提前准备好，才能继续执行

用法

构造函数（传入整形数值）

说明：需要执行的线程数量

countDown()

说明：需要执行的线程数量 - 1

await()

说明：等待需要执行的线程数量为0的时候

CyclicBarrier

说明：需要全部准备好了，才能一起同时干活

用法

构造函数

参数1：需要多少个线程

参数2：Runnable实现类（可选）

await()

说明：n个线程准备就绪后，进行后续操作

reset()

如果没有足够多的线程，也可以，通过该方法进行执行

可以重复使用（）

原理

通过 ReentrantLock 实现锁安全，Condition 实现等待阻塞

应用

限流

运动员比赛

Phaser

说明：阶段。（CountDownLatch的升级版本）

用法

arriveAndAwaitAdvance()

说明：当前阶段还需要执行的线程数量-1

arriveAndDeregister()

说明：当前阶段且之后所有阶段需要执行的线程数量-1

arrive()

说明：当前阶段且下一个阶段需要执行的线程数量-1

案例

应用

遗传算法

Semaphore

说明：信号量

用法

构造函数

参数1：int

说明：最大允许的信号量数量

参数2：boolean（可选）

说明：指定是否是公平锁（默认false，非公平锁）

acquire()

说明：信号量 -1（当不够的时候，进入阻塞状态）

注意：不释放锁

release()

说明：信号量 +1，但如果信号量满了，不会有任何操作

应用

限流

Exchanger

说明：数据交换

用法

构造函数

指定泛型

说明：指定线程之间交换数据的类型

exchange()

说明：线程的数据之间进行交换（阻塞的）

应用

微信的摇一摇

实现原理

ThreadLocal

重要类及说明

与当前线程有关（当前线程的ThreadLocalMap有关）

注意：

在对象不再需要使用时，应该调用 remvoe() 方法

常见容器

Collection

同步容器

Vector

说明：自带锁，目前基本不用

Hashtable

CopyOnWriteList

ConcurrentHashMap

ConcurrentSkipListMap

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《Java高并发核心编程.卷2，多线程、锁、JMM、JUC、高并发设计模式》读书笔记

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