Java并发提纲

亦凉 2022-08-10 06:25 140阅读 0赞

一、线程的创建和线程的状态  
1、线程的开启和关闭  
  
  
通过start()开起。  
通过run方法return或自然消亡。  
  
  
9、Runnable和Thread实现多线程的区别  
可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限；  
增强程序的健壮性，代码能够被多个线程共享，代码与数据是独立的；（同步问题）  
适合多个相同程序代码的线程区处理同一资源的情况。  
  
  
stop方法突然终止线程（持有这些锁必定有某种合适的理由——也许是阻止其他线程访问尚未处于一致性状态的数据，  
突然释放锁可能使某些对象中的数据处于不一致状态）  
  
  
2、线程挂起和恢复（挂起还拥有对象锁，死锁）  
线程的挂起和恢复实现的正确方法是：通过设置标志位，让线程在安全的位置挂起  
  
  
3、线程中断  
  
  
这里需要注意的是，如果只是单纯的调用interrupt（）方法，线程并没有实际被中断，会继续往下执行。  
  
  
  
  
  
  
5、守护线程与线程阻塞的四种情况  
Java中有两类线程：User Thread(用户线程)、Daemon Thread(守护线程)  
用户可以用Thread的setDaemon（true）方法设置当前线程为守护线程。  
  
  
守护线程是否已经完成了预期的服务任务。一旦所有的用户线程退出了，虚拟机也就退出运行了。  
因此，不要在守护线程中执行业务逻辑操作（比如对数据的读写等）。、  
  
  
  
  
setDaemon(true)必须在调用线程的start（）方法之前设置，否则会跑出IllegalThreadStateException异常。  
在守护线程中产生的新线程也是守护线程。  
不要认为所有的应用都可以分配给守护线程来进行服务，比如读写操作或者计算逻辑。  
  
  
线程可以阻塞于四种状态：  
  
  
当线程执行Thread.sleep（）时，它一直阻塞到指定的毫秒时间之后，或者阻塞被另一个线程打断；  
  
  
当线程碰到一条wait（）语句时，它会一直阻塞到接到通知（notify（））、被中断或经过了指定毫秒时间为止（若制定了超时值的话）  
线程阻塞与不同I/O的方式有多种。常见的一种方式是InputStream的read（）方法，该方法一直阻塞到从流中读取一个字节的数据为止，它可以无限阻塞，因此不能指定超时时间  
线程也可以阻塞等待获取某个对象锁的排他性访问权限（即等待获得synchronized语句必须的锁时阻塞）。  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
二同步问题：  
  
  
4、可重入内置锁  
每个Java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁被称为内置锁或监视器锁。  
线程在进入同步代码块之前会自动获取锁，并且在退出同步代码块时会自动释放锁。  
获得内置锁的唯一途径就是进入由这个锁保护的同步代码块或方法。  
  
  
某一个持有同步对象锁的线程可以多次进入这个同步代码块或方法。即同步对象锁可以重入！  
同一个线程在调用本类中其他synchronized方法/块或父类中的synchronized方法/块时，都不会阻碍该线程地执行，因为互斥锁时可重入的。  
  
  
  
  
  
  
6、Java内存模型  
在当前的Java内存模型下，线程可以把变量保存在本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。（本地内存+共享主存）  
  
  
Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。  
这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。  
而volatile关键字就是提示JVM：对于这个成员变量，不能保存它的私有拷贝，而应直接与共享成员变量交互。  
  
  
volatile型变量的特殊规则：  
  
  
1、保证此变量对所有线程的可见性。需要注意，volatile变量的写操作除了对它本身的读操作可见外，volatile写操作之前的所有共享变量均对volatile读操作之后的操作可见  
2、禁止指令重排序优化  
final域能确保初始化过程的安全性，从而可以不受限制地访问不可变对象，并在共享这些对象时无须同步  
  
  
因此在编码时，不需要将long和double变量专门声明为volatile。  
主内存与工作内存  
  
  
Java内存模型规定所有的变量都存储在主内存中，而每条线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，  
线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。  
  
  
  
  
根据Java虚拟机规范的规定，volatile变量依然有共享内存的拷贝，但是由于它特殊的操作顺序性规定——从工作内存中读写数据前，  
必须先将主内存中的数据同步到工作内存中，所有看起来如同直接在主内存中读写访问一般，因此这里的描述对于volatile也不例外  
  
  
  
  
不允许一个线程丢弃它的最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。  
如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。  
对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存（  
  
  
7、轻量级同步  
volatile是一种稍弱的同步机制，在访问volatile变量时不会执行加锁操作，也就不会执行线程阻塞，因此volatilei变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同步机制。  
  
  
  
  
使用建议：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。  
  
  
  
  
假如有两个线程分别读写volatile变量时，线程A写入了某volatile变量，线程B在读取该volatile变量时，便能看到线程A对该volatile变量的写入操作，  
关键在这里，它不仅会看到对该volatile变量的写入操作，A线程在写volatile变量之前所有可见的共享变量，在B线程读同一个volatile变量后，都将立即变得对B线程可见。  
  
  
  
  
happen—before规则介绍  
其意思就是说，在发生操作B之前，操作A产生的影响都能被操作B观察到，“影响”包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法等，它与时间上的先后发生基本没有太大关系。  
线程启动规则：Thread对象的start（）方法happen—before此线程的每一个动作。  
  
  
  
  
  
  
8、同步锁说明  
当线程拥有这个锁标记时才能访问这个资源，没有锁标记便进入锁池。任何一个对象系统都会为其创建一个互斥锁，  
这个锁是为了分配给线程的，防止打断原子操作。每个对象的锁只能分配给一个线程，因此叫做互斥锁。  
  
  
如果同一个方法内同时有两个或更多线程，则每个线程有自己的局部变量拷贝。  
类的每个实例都有自己的对象级别锁  
  
  
访问同一个类的不同实例对象中的同步代码块，不存在阻塞等待获取对象锁的问题，  
因为它们获取的是各自实例的对象级别锁，相互之间没有影响。  
  
  
持有一个对象级别锁不会阻止该线程被交换出来，也不会阻塞其他线程访问同一示例对象中的非synchronized代码。  
  
  
持有对象级别锁的线程会让其他线程阻塞在所有的synchronized代码外。  
  
  
使用synchronized（obj）同步语句块，可以获取指定对象上的对象级别锁。  
  
  
  
  
类级别锁被特定类的所有示例共享，它用于控制对static成员变量以及static方法的并发访问。具体用法与对象级别锁相似。  
  
  
  
  
  
  
10、多线程环境中安全使用集合API  
  
  
  
  
最初设计的Vector和Hashtable是多线程安全的。  
  
  
在Collections类 中有多个静态方法，它们可以获取通过同步方法封装非同步集合而得到的集合：  
  
  
  
public static List synchronizedList(list l)  
  
  
List list = Collection.synchronizedList(new ArrayList());  
注意，ArrayList实例马上封装起来，不存在对未同步化ArrayList的直接引用（即直接封装匿名实例）。  
这是一种最安全的途径。如果另一个线程要直接引用ArrayList实例，它可以执行非同步修改。  
  
  
从内存可见性的角度看，写入volatile变量相当于退出同步代码块，而读取volatile变量相当于进入同步代码块。  
  
  
  
  
、volatile变量是一种稍弱的同步机制在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同步机制。  
  
  
  
  
原因是声明为volatile的简单变量如果当前值与该变量以前的值相关，那么volatile关键字不起作用，也就是说如下的表达式都不是原子操作：“count++”、“count = count+1”。  
  
  
当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量：  
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。  
  
  
  
  
  
  
三、死锁问题  
遵循以下原则有助于规避死锁：  
  
  
  
  
  
  
1、只在必要的最短时间内持有锁，考虑使用同步语句块代替整个同步方法；  
2、尽量编写不在同一时刻需要持有多个锁的代码，如果不可避免，则确保线程持有第二个锁的时间尽量短暂；  
3、创建和使用一个大锁来代替若干小锁，并把这个锁用于互斥，而不是用作单个对象的对象级别锁；  
  
  
  
  
  
  
  
  
四、线程通信  
  
  
  
  
在调用wait（）之前，线程必须要获得该对象的对象级别锁，即只能在同步方法或同步块中调用wait（）方法。进入wait（）方法后，当前线程释放锁。  
notify（） 该方法也要在同步方法或同步块中调用，即在调用前，线程也必须要获得该对象的对象级别锁，的如果调用notify（）时没有持有适当的锁，也会抛出IllegalMonitorStateException。  
  
  
notify后，当前线程不会马上释放该对象锁，wait所在的线程并不能马上获取该对象锁，要等到程序退出synchronized代码块后，当前线程才会释放锁，wait所在的线程也才可以获取该对象锁），  
但不惊动其他同样在等待被该对象notify的线程们。当第一个获得了该对象锁的wait线程运行完毕以后，它会释放掉该对象锁，此时如果该对象没有再次使用notify语句，则即便该对象已经空闲，  
其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知，会继续阻塞在wait状态，直到这个对象发出一个notify或notifyAll。这里需要注意：它们等待的是被notify或notifyAll，而不是锁。  
  
  
这与下面的notifyAll（）方法执行后的情况不同。  
  
  
  
  
notifyAll使所有原来在该对象上wait的线程统统退出wait的状态（即全部被唤醒，不再等待notify或notifyAll，但由于此时还没有获取到该对象锁，因此还不能继续往下执行），  
变成等待获取该对象上的锁，一旦该对象锁被释放（notifyAll线程退出调用了notifyAll的synchronized代码块的时候），他们就会去竞争。  
如果其中一个线程获得了该对象锁，它就会继续往下执行，在它退出synchronized代码块，释放锁后，其他的已经被唤醒的线程将会继续竞争获取该锁，一直进行下去，直到所有被唤醒的线程都执行完毕。  
  
  
  
  
  
  
如果线程调用了对象的wait（）方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。  
当有线程调用了对象的notifyAll（）方法（唤醒所有wait线程）或notify（）方法（只随机唤醒一个wait线程），被唤醒的的线程便会进入该对象的锁池中，锁池中的线程会去竞争该对象锁。  
优先级高的线程竞争到对象锁的概率大，假若某线程没有竞争到该对象锁，它还会留在锁池中，唯有线程再次调用wait（）方法，它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行，  
直到执行完了synchronized代码块，它会释放掉该对象锁，这时锁池中的线程会继续竞争该对象锁。  
  
  
  
  
  
  
  
  
总结：在使用线程的等待/通知机制时，一般都要配合一个boolean变量值（或者其他能够判断真假的条件），在notify之前改变该boolean变量的值，让wait返回后能够退出while循环  
（一般都要在wait方法外围加一层while循环，以防止早期通知），或在通知被遗漏后，不会被阻塞在wait方法处。这样便保证了程序的正确性。  
  
  
  
  
  
  
五、并发新特性  
1、  
一般来说，CachedTheadPool在程序执行过程中通常会创建与所需数量相同的线程，然后在它回收旧线程时停止创建新线程，  
因此它是合理的Executor的首选，只有当这种方式会引发问题时（比如需要大量长时间面向连接的线程时），才需要考虑用FixedThreadPool。  
  
  
  
  
服务端面向连接：public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)  
  
  
  
  
Executor执行Runnable任务  
Executor执行Callable任务  
  
  
  
  
在Java 5之后，任务分两类：一类是实现了Runnable接口的类，一类是实现了Callable接口的类。两者都可以被ExecutorService执行，  
但是Runnable任务没有返回值，而Callable任务有返回值。并且Callable的call()方法只能通过ExecutorService的submit(Callable<T> task) 方法来执行，  
并且返回一个 <T>Future<T>，是表示任务等待完成的 Future。  
  
  
  
  
Callable接口类似于Runnable，两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出经过检查的异常而Callable又返回结果，  
而且当获取返回结果时可能会抛出异常。Callable中的call()方法类似Runnable的run()方法，区别同样是有返回值，后者没有。  
  
  
  
  
当将一个Callable的对象传递给ExecutorService的submit方法，则该call方法自动在一个线程上执行，并且会返回执行结果Future对象。同样，将Runnable的对象传递给ExecutorService的submit方法，  
则该run方法自动在一个线程上执行，并且会返回执行结果Future对象，但是在该Future对象上调用get方法，将返回null。  
  
  
2、自定义线程池  
  
  
ThreadPoolExecutor类创建，它有多个构造方法来创建线程池  
  
  
BlockingQueue<Runnable>  
  
  
  
  
并发新特性—Lock锁和条件变量