juc基础（一）

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-10-15 07:13 29阅读 0赞

**目录**

一、什么是JUC

1、JUC概述

2、进程与线程

3、线程的状态

4、wait/sleep 的区别

5、并发与并行

6、管程

7、用户线程和守护线程

二、Lock接口

1、Synchronized

使用synchronized实现售票案例

使用synchronized实现增减变量操作

2、什么是 Lock

买票例子使用lock实现

增减变量操作使用lock实现

3、newCondition

增减变量操作使用Condition实现

线程定制化执行

4、ReentrantLock

5、ReadWriteLock

--------------------

## 一、什么是JUC ##

### 1、JUC概述 ###

JUC 就是 java.util .concurrent 工具包的简称。这是一个处理线程的工具包，JDK 1.5 开始出现的。

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### 2、**进程与线程**  ###

**进程（Process）**  是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。

在当代面向线程设计的计算机结构中，**进程是线程的容器**。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

**线程（thread）**  是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，**一个进程中可以并发多个线程**，每条线程并行执行不同的任务。

即， 进程指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程— —资源分配的最小单位。

线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位。

### 3、**线程的状态** ###

public enum State {
            /**
             * Thread state for a thread which has not yet started.
             */
            NEW, // 新建
    
            /**
             * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
             * state is executing in the Java virtual machine but it may
             * be waiting for other resources from the operating system
             * such as processor.
             */
            RUNNABLE, // 运行时
    
            /**
             * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
             * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
             * to enter a synchronized block/method or
             * reenter a synchronized block/method after calling
             * {@link Object#wait() Object.wait}.
             */
            BLOCKED, // 阻塞
    
            /**
             * Thread state for a waiting thread.
             * A thread is in the waiting state due to calling one of the
             * following methods:
             * <ul>
             *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
             *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
             *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
             * </ul>
             *
             * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
             * perform a particular action.
             *
             * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
             * on an object is waiting for another thread to call
             * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
             * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
             * is waiting for a specified thread to terminate.
             */
            WAITING, //等待
    
            /**
             * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
             * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
             * the following methods with a specified positive waiting time:
             * <ul>
             *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
             *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
             *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
             *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
             *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
             * </ul>
             */
            TIMED_WAITING, // 过时不候
    
            /**
             * Thread state for a terminated thread.
             * The thread has completed execution.
             */
            TERMINATED;  //终结
        }

### 4、**wait/sleep 的区别**  ###

（1）**sleep 是 Thread 的静态方法，wait 是 Object 的方**法，任何对象实例都能调用。

（2）sleep 不会释放锁，它也不需要占用锁。wait 会释放锁，但调用它的前提是当前线程占有锁(即代码要在 synchronized 中)。

（3）它们都可以被 interrupted 方法中断。

### 5、**并发与并行**  ###

**串行**表示所有任务都一一按先后顺序进行

并发:并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

*  例子：春运抢票 电商秒杀...

并行:并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生。

*  例子：泡方便面，电水壶烧水，一边撕调料倒入桶中

### 6、**管程** ###

**管程(monitor)** 是保证了同一时刻只有一个进程在管程内活动 , 即管程内定义的操作在同一时刻只被一个进程调用( 由编译器实现 ). 但是这样并不能保证进程以设计的顺序执行

JVM  中同步是基于进入和退出管程 (monitor) 对象实现的，每个对象都会有一个管程(monitor)对象，管程 (monitor) 会随着  java  对象一同创建和销毁

执行线程首先要持有管程对象，然后才能执行方法，当方法完成之后会释放管程，方法在执行时候会持有管程，其他线程无法再获取同一个管程

###  ###

### 7、**用户线程和守护线程** ###

**用户线程** **:** 平时用到的普通线程 , 自定义线程

**守护线程** **:** 运行在后台 , 是一种特殊的线程 , 比如垃圾回收

**当主线程结束后** **,** **用户线程还在运行** **,JVM**  **存活**

**如果没有用户线程** **,** **都是守护线程** **,JVM**  **结束**

## 二、Lock接口 ##

### 1、**Synchronized** ###

synchronized 是 Java 中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：

1.  **修饰一个代码块**，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号\{\}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象； 
2.  **修饰一个方法**，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象； 
3.  **修改一个静态的方法**，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象； 
4.  **修改一个类**，其作用的范围是 synchronized 后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象

> 虽然可以使用 synchronized 来定义方法，但 **synchronized 并不属于方法定义的一部分**，因此，**synchronized 关键字不能被继承**。如果在父类中的某个方法使用了 synchronized 关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized 关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。

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#### 使用synchronized实现售票案例 ####

//第一步  创建资源类，定义属性和和操作方法
    class Ticket {
        //票数
        private int number = 30;
        //操作方法：卖票
        public synchronized void sale() {
            //判断：是否有票
            if(number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : 卖出："+(number--)+" 剩下："+number);
            }
        }
    }
    
    public class SaleTicket {
        //第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
        public static void main(String[] args) {
            //创建Ticket对象
            Ticket ticket = new Ticket();
            //创建三个线程
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //调用卖票方法
                    for (int i = 0; i < 40; i++) {
                        ticket.sale();
                    }
                }
            },"AA").start();
    
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for(int i = 0; i < 40; i ++) {
                        ticket.sale();
                    }
                }
            },"DD");
    
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //调用卖票方法
                    for (int i = 0; i < 40; i++) {
                        ticket.sale();
                    }
                }
            },"BB").start();
    
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //调用卖票方法
                    for (int i = 0; i < 40; i++) {
                        ticket.sale();
                    }
                }
            },"CC").start();
        }
    }

#### 使用synchronized实现增减变量操作 ####

当变量为0是线程A、C将其+1，当变量为1时B、D线程将其-1

//第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
    class Share {
        //初始值
        private int number = 0;
        //+1的方法
        public synchronized void incr() throws InterruptedException {
            //第二步 判断 干活 通知
            while(number != 0) { //判断number值是否是0，如果不是0，等待
                this.wait(); //在哪里睡，就在哪里醒
            }
            //如果number值是0，就+1操作
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);
            //通知其他线程
            this.notifyAll();
        }
    
        //-1的方法
        public synchronized void decr() throws InterruptedException {
            //判断
            while(number != 1) {
                this.wait();
            }
            //干活
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);
            //通知其他线程
            this.notifyAll();
        }
    }
    
    public class ThreadDemo1 {
        //第三步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
        public static void main(String[] args) {
            Share share = new Share();
            //创建线程
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.incr(); //+1
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"AA").start();
    
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.decr(); //-1
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"BB").start();
    
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.incr(); //+1
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"CC").start();
    
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.decr(); //-1
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"DD").start();
        }
    }

如果一个代码块被 synchronized 修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：

1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有；

2）线程执行发生异常，此时 JVM 会让线程自动释放锁。

那么如果这个获取锁的线程由于要等待 IO 或者其他原因（比如调用 sleep 方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，这多么影响程序执行效率。

因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过 Lock 就可以办到。

### 2、**什么是 Lock** ###

Lock 锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允许更灵活的结构，可能具有非常不同的属性，并且可能支持多个关联的条件对象。Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。

Lock 与的 Synchronized 区别

1.  Lock 不是 Java 语言内置的，synchronized 是 Java 语言的关键字，因此是内置特性。Lock 是一个类，通过这个类可以实现同步访问； 
2.  Lock 和 synchronized 有一点非常大的不同，采用 synchronized 不需要用户去手动释放锁，当 synchronized 方法或者 synchronized 代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而 Lock 则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

public interface Lock {
        void lock();
    
        void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    
        boolean tryLock();
    
        boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    
        void unlock();
    
        Condition newCondition();
    }

lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。

采用 Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用 Lock 必须在 try\{\}catch\{\}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally 块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用 Lock 来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：

lock.lock();
        try{
            //处理任务
        }catch(Exception ex){
    
        }finally{
            lock.unlock(); //释放锁
        }

#### 买票例子使用lock实现 ####

//第一步  创建资源类，定义属性和和操作方法
    class LTicket {
        //票数量
        private int number = 30;
    
        //创建可重入锁
        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
        //卖票方法
        public void sale() {
            //上锁
            lock.lock();
            try {
                //判断是否有票
                if(number > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ：卖出"+(number--)+" 剩余："+number);
                }
            } finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    
    public class LSaleTicket {
        //第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
        //创建三个线程
        public static void main(String[] args) {
    
            LTicket ticket = new LTicket();
    
            new Thread(()-> {
                for (int i = 0; i < 40; i++) {
                    ticket.sale();
                }
            },"AA").start();
    
            new Thread(() -> {
                for(int i = 0; i < 40; i ++) {
                    ticket.sale();
                }
            }, "DD");
            new Thread(()-> {
                for (int i = 0; i < 40; i++) {
                    ticket.sale();
                }
            },"BB").start();
    
            new Thread(()-> {
                for (int i = 0; i < 40; i++) {
                    ticket.sale();
                }
            },"CC").start();
        }
    }

#### 增减变量操作使用lock实现 ####

//第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
    class Share {
        private int number = 0;
    
        //创建Lock
        private Lock lock = new ReentrantLock();
        private Condition condition = lock.newCondition();
    
        //+1
        public void incr() throws InterruptedException {
            //上锁
            lock.lock();
            try {
                //判断
                while (number != 0) {
                    condition.await();
                }
                //干活
                number++;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);
                //通知
                condition.signalAll();
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    
        //-1
        public void decr() throws InterruptedException {
            lock.lock();
            try {
                while(number != 1) {
                    condition.await();
                }
                number--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);
                condition.signalAll();
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    
    public class ThreadDemo2 {
    
        public static void main(String[] args) {
            Share share = new Share();
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.incr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"AA").start();
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.decr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"BB").start();
    
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.incr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"CC").start();
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        share.decr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"DD").start();
        }
    
    }

### 3、**newCondition** ###

关键字 synchronized 与 wait()/notify()这两个方法一起使用可以实现等待/通知模式， Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象，**Condition 类也可以实现等待/通知模式**。

用 notify()通知时，JVM 会随机唤醒某个等待的线程， 使用 Condition 类可以进行选择性通知， Condition 比较常用的两个方法：

•  await()会使当前线程等待,同时会释放锁,当其他线程调用 signal()时,线程会重新获得锁并继续执行。

•  signal()用于唤醒一个等待的线程。

> 注意：在调用 Condition 的 await()/signal()方法前，也需要线程持有相关的 Lock 锁，调用 await()后线程会释放这个锁，在 singal()调用后会从当前 Condition 对象的等待队列中，唤醒 一个线程，唤醒的线程尝试获得锁， 一旦获得锁成功就继续执行。

#### 增减变量操作使用**Condition**实现 ####

#### 线程定制化执行 ####

让线程按顺序执行，例子：

当flag为1时，A线程打印五次；

当flag为2时，B线程打印十次；

当flag为3时，C线程打印十五次；

按顺序打印。

//第一步 创建资源类
    class ShareResource {
        //定义标志位
        private int flag = 1;  // 1 AA     2 BB     3 CC
    
        //创建Lock锁
        private Lock lock = new ReentrantLock();
    
        //创建三个condition
        private Condition c1 = lock.newCondition();
        private Condition c2 = lock.newCondition();
        private Condition c3 = lock.newCondition();
    
        //打印5次，参数第几轮
        public void print5(int loop) throws InterruptedException {
            //上锁
            lock.lock();
            try {
                //判断
                while(flag != 1) {
                    //等待
                    c1.await();
                }
                //干活
                for (int i = 1; i <=5; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+i+" ：轮数："+loop);
                }
                //通知
                flag = 2; //修改标志位 2
                c2.signal(); //通知BB线程
            }finally {
                //释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    
        //打印10次，参数第几轮
        public void print10(int loop) throws InterruptedException {
            lock.lock();
            try {
                while(flag != 2) {
                    c2.await();
                }
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+i+" ：轮数："+loop);
                }
                //修改标志位
                flag = 3;
                //通知CC线程
                c3.signal();
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    
        //打印15次，参数第几轮
        public void print15(int loop) throws InterruptedException {
            lock.lock();
            try {
                while(flag != 3) {
                    c3.await();
                }
                for (int i = 1; i <=15; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+i+" ：轮数："+loop);
                }
                //修改标志位
                flag = 1;
                //通知AA线程
                c1.signal();
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    
    public class ThreadDemo3 {
        public static void main(String[] args) {
            ShareResource shareResource = new ShareResource();
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        shareResource.print5(i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"AA").start();
    
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        shareResource.print10(i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"BB").start();
    
            new Thread(()->{
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    try {
                        shareResource.print15(i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },"CC").start();
        }
    }

### **4、ReentrantLock** ###

ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念将在后面讲述。

ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用。

public class Test {
        private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    
        public static void main(String[] args) {
            final Test test = new Test();
            new Thread() {
                public void run() {
                    test.insert(Thread.currentThread());
                }
    
                ;
            }.start();
            new Thread() {
                public void run() {
                    test.insert(Thread.currentThread());
                }
    
                ;
            }.start();
        }
    
        public void insert(Thread thread) {
            ReentrantLock lock =  new ReentrantLock(); //注意这个地方
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    arrayList.add(i);
                }
            } catch (Exception e) {
    // TODO: handle exception
            } finally {
                System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
                lock.unlock();
            }
        }
    }

### 5、**ReadWriteLock** ###

ReadWriteLock 也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：

public interface ReadWriteLock {
        /**
         * Returns the lock used for reading.
         *
         * @return the lock used for reading.
         */
        Lock readLock();
    
        /**
         * Returns the lock used for writing.
         *
         * @return the lock used for writing.
         */
        Lock writeLock();
    }

一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成 2 个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的 **ReentrantReadWriteLock**  实现了 ReadWriteLock 接口。

ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readLock()和 writeLock()用来获取读锁和写锁。

下面通过几个例子来看一下 ReentrantReadWriteLock 具体用法。

假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下 synchronized 达到的效果：

public class Test {
        private ReentrantReadWriteLock rwl = new
                ReentrantReadWriteLock();
    
        public static void main(String[] args) {
            final Test test = new Test();
    
            new Thread() {
                public void run() {
                    test.get(Thread.currentThread());
                }
    
                ;
            }.start();
    
            new Thread() {
                public void run() {
                    test.get(Thread.currentThread());
                }
    
                ;
            }.start();
    
        }
    
        public synchronized void get(Thread thread) {
            long start = System.currentTimeMillis();
            while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");
            }
            System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");
        }
    }

而改成用读写锁的话：

public class Test {
        private ReentrantReadWriteLock rwl = new
                ReentrantReadWriteLock();
    
        public static void main(String[] args) {
            final Test test = new Test();
    
            new Thread() {
                public void run() {
                    test.get(Thread.currentThread());
                }
    
                ;
            }.start();
    
            new Thread() {
                public void run() {
                    test.get(Thread.currentThread());
                }
    
                ;
            }.start();
    
        }
    
        public void get(Thread thread) {
            rwl.readLock().lock();
            try {
                long start = System.currentTimeMillis();
    
                while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
                    System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");
                }
                System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");
            } finally {
                rwl.readLock().unlock();
            }
        }
    }

说明 thread1 和 thread2 在同时进行读操作。这样就大大提升了读操作的效率。

> == **注意:** == 
> 
> •  如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。 
> 
> •  如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。

> Lock 和 synchronized 有以下几点不同： 
> 
> 1.  Lock 是一个接口，而 synchronized 是 Java 中的关键字，synchronized 是内置的语言实现； 
> 2.  synchronized 在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而 Lock 在发生异常时，如果没有主动通过 unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用 Lock 时需要在 finally 块中释放锁； 
> 3.  Lock 可以让等待锁的线程响应中断，而 synchronized 却不行，使用synchronized 时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
> 4.  通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而synchronized 却无法办到。 
> 5.  Lock 可以提高多个线程进行读操作的效率。 
> 
> 在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时 Lock 的性能要远远优于synchronized。

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