Java 多线程 学习笔记
2024-07-15 11:31:26 3 举报AI智能生成
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Java 多线程 学习笔记
作者其他创作
大纲/内容
保证内存可见性
防止指令重排
保证对long和double类型赋值的原子操作
注意：不保证操作的原子性
作用
概念
问题1：A线程指令重排导致B线程出错
问题2：指令重排导致单例模式失效
带来的问题
解决方案
指令重排
1.对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值
2.该变量没有包含在具有其他变量的不变式中
使用条件
在两个或者更多的线程需要访问的成员变量上使用volatile
当要访问的变量已在synchronized代码块中，或者为常量时，没必要使用volatile
由于使用volatile屏蔽掉了JVM中必要的代码优化，所以在效率上比较低，因此一定在必要时才使用此关键字
使用建议
总结
volatile
作用：确保多个线程在同一时刻，只能有一个线程处于方法或者同步块中，它保证了线程对变量访问的可见性和排他性
对于普通方法，锁是当前实例对象
对于静态方法，锁是当前类的Class对象
对于同步方法块，锁是synchonized括号里配置的对象
synchronized
继承 Thread 类
实现 Runnable 接口
实现 Callable 接口
实现线程的方式
初始状态（New）
就绪
运行
运行状态（Runnable）
阻塞状态（Blocked）
等待状态（Waiting）
超时等待状态（Time_Waiting）
终止状态（Terminated）
线程的状态
Object.wait()，Thread.sleep()，Thread.join() 方法使用线程进行等待状态
再调用 Thread.interrupt() 中断线程
在线程内会产生 java.lang.InterruptedException 异常
Thread.isInterrupted() 检查是否收到了中断请求，不清除中断标记
Thread.interrupted() 检查是否收到了中断请求，并清除中断标记
线程的中断
notify()
nofityAll()
wait()
wait(long)
对象等待/通知相关方法
AtomicBoolean
int getAndIncrement()
AtomicInteger
AtomicLong
AtomicReference
AtomicStampedReference
AtomicMarkableReference
第一类
AtomicIntegerArray
AtomicLongArray
AtomicReferenceArray
第二类
AtomicIntegerFieldUpdater
AtomicLongFieldUpdater
AtomicReferenceFieldUpdater
第三类
boolean compareAndSet(...);
公共方法
Java中的13个原子操作类
注意：不要将获取锁的过程写在try块中
尝试非阻塞地获取锁
能被中断地获取锁
超时获取锁
提供synchronized不具备的特性
lock()
unlock()
tryLock()
lockInterruptibly()
newCondition()
API方法
ReentrantLock（重入锁）：能够支持一个线程对资源重复加锁
readLock()
writeLock()
ReentrantReadWriteLock（读写锁）
实现类
Lock接口
await()：使线程进入等待状态，直到被通知（signal）
signal()：唤醒一个等待在Condition上的线程
signalAll()：唤醒所有等待在Condition上的线程
awaitNanos(long timeout)
awaitUnit(Date deadlne)
Condition接口
park()：阻塞当前线程
parkNanos(long)：阻塞当前线程，最长不超过多少纳秒
parkUntil(long)：阻塞当前线程，直到deadline时间
unpark(Thread thread)：唤醒处于阻塞状态的线程thread
LockSupport工具
作用：限制线程并发的数量
acquire()
release()
tryAcquire()
主要方法
permits代表同一时刻，最多允许多少个线程同时执行acquire()和release()之间的代码
构造函数：new Semaphore(int permits)
Semaphore
作用：可以使2个线程之间传输数据
exchange(T data)：阻塞等待其他线程来取得数据
Exchanger
作用：给定一个计数，当使用这个类的线程判断计数不为0时，则呈wait状态，如果为0则继续运行
await()：调用此方法时判断计数是否为0，如果不为0则呈等待状态
countDown()：调用此方法将计数减1
getCount()
注意：计数无法被重置，如果需要重置计数，请考虑使用CyclicBarrier
CoutDownLatch
具有CountDownLatch所有功能
可以实现屏障等待的功能
多个线程之间相互等待，任何一个线程完成之前，所有的线程都必须等待
await()：让线程呈等待状态
getNumberWaiting：得到到达屏障点的线程数
getParties()：取得parties个数
reset()：重置屏障
注意：不能动态添加parties计数，可以通过Phaser类解决
CyclicBarrier
作用：对计数的操作是加法操作，可以设置多屏障
arriveAndAwaitAdvance()：当前线程已经到达屏障，在此等待一段时间，等条件满足后继续向下一个屏障继续执行
arriveAndDeregister()：使用当前线程退出，并且使parties值减1
getPhase()：获取已经到达第几个屏障
getRegisteredParties()：获得注册的parties数量
register()：动态添加1个parties值
bulkRegister()：批量增加parties数量
getArrivedParties()：获得已经被使用的parties个数
getUnarrivedParties()：获得未被使用的parties个数
arrive()：使parties值加1，并且不在屏障处等待，直接向下面的代码继续运行
awaitAdvance(int phase)：如果传入参数phase值和当前getPhase()方法返回值一样，则在屏障处等待，否则继续向下运行
forceTermination()：使屏障功能失效
isTerminated()：判断屏障是否已经销毁
Phaser
更好地利用底层平台上的多核CPU和多处理器来进行并行处理
解决问题时通常使用分治(divide and conquer)算法或map/reduce算法来进行
fork：执行任务
join：等等任务执行结果
RecursiveAction：没有返回值
RecursiveTask：有返回值
ForkJoinPool：执行任务
关键类
递归调用分解任务
任务窃取算法
原理
示例
fork/join框架
并发工具类
Runnable
Callable
任务
void execute(...)
Future submit(...)
接口：Executor
ThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor
接口：ExecutorService
任务执行
缺点：阻塞同步性
接口：Future
类：FutureTask
异步计算
ExecutorService newFixedThreadPool(...)
ExecutorService newSingleThreadPool(...)
ExecutorService newCachedThreadPool(...)
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(...)
ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor(...)
Callable callable(Runnable task)
Executors工具类
降低资源消耗
提高响应速度
提高线程的可管理性
好处
线程池（ThreadPoolExecutor）
实现类：ExcutorCompletionServivce
特性：解决Future的阻塞同步性问题
take()：取得最先完成任务的Future对象，谁执行时间最短谁最先返回，方法阻塞
poll()：获取并移除表示下一个已完成任务的Future，如果不存在这样的任务返回null，方法无阻塞
方法
接口：CompletionServivce
Executor框架
队列里没有数据时，操作队列出现异常或返回null
不具有等待/阻塞的特色
含义
ConcurrentSkipListSet：线程安全的可排序Set
方法 poll() : 当没有获得数据时返回null，如果有数据时则移除表头，并返回表头项
方法 element() : 当没有获得数据时出现异常，如果有数据时则移除表头，并返回表头项
方法 peek() : 当没有获得数据时返回null，如果有数据时则不移除表头，并返回表头项
ConcurrentLinkedQueue：线程安全的队列Queue（只能操作列头）
ConcurrentLinkedDeque：线程安全的Deque（支持操作列头列尾）
CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList
CopyOnWriteArraySet:线程安全的Set
常用类
非阻塞队列
队列里没有数据时，从队列里取东西的操作将会被阻塞进入等待状态，直到队列里添加了元素才会被唤醒
当队列是满的，试图往队列中存放元素的操作也会被阻塞进入等待状态，直到队列里有剩余的空间才会被唤醒
ArrayBlockingQueue：一种有界阻塞队列
PriorityBlockingQueue：一种优先级队列
LinkedBlockingQueue：一种只支持列头操作的无界阻塞队列
LinkedBlockingDeque：一种支持列头列尾操作的无界阻塞队列
SynchronousQueue：一种插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作，反之亦然的阻塞队列
DelayQueue：一种延时执行任务的队列
阻塞队列
并发集合框架
作用：同一线程上设置或获取变量，为每一个线程创建一个单独的变量副本，故而每个线程都可以独立地改变自己所拥有的变量副本，而不会影响其他线程所对应的副本。
缺点：不能实现父线程到子线程的值传递
用法：
ThreadLocalMap：ThreadLocal内部还有一个静态内部类，是实现线程隔离机制的关键
注意：存在内存泄漏的风险
ThreadLocal
作用：可以完成父线程到子线程的值传递
缺点：对于使用线程池等会缓存线程的组件的情况无法重复使用
InheritableThreadLocal
作用：线程池中的线程间传递变量
TransmittableThreadLocal
线程间变量的传递
Java 多线程
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