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Java 并发编程

2023-05-20 20:00:22   0  举报

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AI智能生成

Java 并发编程

Java

并发编程

模版推荐

作者其他创作

大纲/内容

理论基础<br>

起源

核心矛盾

CPU、内存、I/O 三者速度差异

解决方案

计算机体系结构：增加 CPU 缓存，弥补CPU与内存速差

操作系统：增加进程、线程，分时复用 CPU，弥补 CPU 与 I/O 速差<br>

编译程序：优化指令执行次序，使得缓存能够得到更加合理地利用

应用程序：绿色线程、协程

新的问题

可见性

原子性

顺序性

动机

解决并发编程问题

简化并发编程

理论（模型）

底层支持：Java 内存模型<br>(提供按需禁用缓存与编译优化的方法)

关键字

final：不可变

volatile：禁用CPU缓存

synchronized：通过加锁保护临界区的线程访问互斥性

Happens-Before规则：约束编译器优化

高层抽象

信号量：Semaphore

锁：Lock

条件变量：Condition

并发编程<br>(互斥、同步)

管程（MESA模型）：Synchronize

方法论

面向对象编程

封装共享变量

final 关键字

理清共享变量之间的约束关系

制定并发访问策略

不变模式

Actor

CSP

Function 模式

避免共享

Thread Local Storage

管程及其他同步工具

考量点

安全性

数据竞争（Data Race）

竞态条件（Race Condition）

活跃性

死锁

活锁

饥饿

性能

阿姆达尔（Amdahl）定律

面向场景优化

无锁数据结构、算法

无锁数据结构

原子类

无锁的内存队列：Disruptor

无锁算法

本地存储 (Thread Local Storage, TLS)

写入时复制 (Copy-on-Write)

乐观锁

减少锁持有时间

细粒度锁：ConcurrentHashMap

分段锁：

SDK

并发基础工具

Lock & Condition（高级管程）

Lock

动机

解决 Synchronized 死锁问题

丰富管程使用场景

读多写少

可重入

升级 VS 降级

公平 VS 非公平

悲观 VS 乐观

原理

解决死锁问题

破坏不可抢占条件

响应中断

破坏持有并等待条件

非阻塞地获取锁

支持超时

面向场景

可重入

升级 VS 降级

公平 VS 非公平

分类

读多写少：ReadWriteLock

可重入：ReentrantReadWriteLock

公平 VS 非公平

公平：FairSync

非公平：NonfairSync

乐观锁：StampedLock

最佳实践

1. 永远只在更新对象的成员变量时加锁

2. 永远只在访问可变的成员变量时加锁

3. 永远不在调用其他对象的方法时加锁

Condition

动机

扩展 Synchronized，支持多个条件变量

原理

最佳实践

Semaphore

CountDownLatch & CyclicBarrier

数据结构

原子类

动机：扩大 volatile 使用场景

原理

CAS

分类

基本数据类型

AtomicBoolean

AtomicInteger

AtomicLong

数组

AtomicIntegerArray

AtomicLongArray

AtomicReferenceArray

对象引用类型

AtomicReference

AtomicStampedReference

AtomicMarkableReference

对象属性更新器

AtomicIntegerFieldUpdater

AtomicLongFieldUpdater

AtomicReferenceFieldUpdater

累加器

DoubleAccumulator

DoubleAdder

LongAccumulator

LongAdder

同步容器

并发容器

动机：优化同步容器

原理

锁分段

Copy-on-Write

弱一致性

分类

List：CopyOnWriteArrayList

Map

Key无序：ConcurrentHashMap

Key有序：ConcurrentSkipListMap

Set

CopyOnWriteArraySet

ConcurrentSkipListSet

Queue

单端阻塞

ArrayBlockingQueue

LinkedBlockingQueue

SynchronousQueue：不持有队列

LinkedTransferQueue

PriorityBlockingQueue

DelayQueue

单端非阻塞

ConcurrentLinkedQueue

双端阻塞

LinkedBlockingDeque

双端非阻塞

ConcurrentLinkedDeque

线程

Thread

工具类

Executor

动机：线程是一个重量级（内核级）的对象，应避免重复创建

原理：“生产者-消费者”模型

最佳实践

给线程指定业务语义：threadFactory

给handler选用合适的拒绝策略

CallerRunsPolicy：提交任务的线程自己去执行该任务

AbortPolicy：默认的拒绝策略，会 throws RejectedExecutionException

DiscardPolicy：直接丢弃任务，没有任何异常抛出

DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务，然后添加新的任务

Future

动机：感知任务执行状态，获取任务执行结果

分类

接口：Future

工具类：FutureTask

CompletionService

动机：简化批量异步化任务管理

原理：Executor + BlockingQueue + Future

CompletableFuture

动机：描述任务之间的依赖关系，简化Function编程

原理：Future + CompletionStage

CompletionStage 分类

串行

thenRun

thenAccept

thenApply

thenCompose

并行

汇聚

AND

thenCombine

thenAcceptBoth

runAfterBoth

applyToEither

acceptEither

runAfterEither

设计模式

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