java并发编程之美

线程 VS 进程

线程

线程是进程的一个执行路径，是CPU分配的基本单位。

进程

进程是代码在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。

关系

线程是进程中的一个实体，一个进程中至少有一个线程，进程中的多个线程共享进程的资源。

线程创建与运行

线程创建方式

实现 Runnable接口的run方法；
继承Thread类，重写run方法；调用start方法后，线程进入就绪状态（已获取除CPU资源外的其他资源），获取到CPU资源后进入运行状态，run方法执行完毕后，线程处于终止状态。
使用FutureTask；

Java

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
 
 
public static class CallerTask implements Callable<String> {
    @Override
 
    public String call() throws Exception {
        return "ok";
 
    }
 
}
 
 
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     // 创建异步任务
    FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new CallerTask());
    // 启动线程
    new Thread(futureTask).start();
    // futureTask.run();
 
    try{
        // 等待任务执行完毕，并返回结果
 
        String result = futureTask.get();
 
        System.out.println(result);
 
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
 
    }  
 
}

线程通知与等待

wait函数

当一个线程调用一个共享变量的wait方法是，调用线程会被阻塞挂起，直到发生以下情况之一：

其他线程调用了该共享对象的notify或norifyAll方法；
其他线程调用了该线程的interrupt方法，该线程抛出InterruptedException异常。

使用方式

使用synchronized包裹共享变量，或使用synchronized修饰方法，否则会抛出IllegalMonitorStateException。调用wait方法后，会释放共享变量的监视器锁。

Java

synchronized( 共享变量){
    // code block...
 
}
 
 
synchronized void methodName(){
    // code block...
 
}

虚假唤醒

虚假唤醒指线程未调用共享变量的notify、notifyAll方法，也没调用线程的interrupt方法就由挂起状态变为可运行状态。防范方式为把wait方法放到循环体中，循环条件为不满足唤醒条件。

Java

synchronized (共享变量){
    while (不满足唤醒的条件){
        共享变量.wait();
 
    }
 
}

sleep、yield

sleep与yield方法的区别在于，当线程调用sleep方法时调用线程会被阻塞挂起指定时间，这期间线程调度器不会去调度该线程，且不会释放监视器锁。而调用yield方法时，线程只是让出自己剩余的时间片，并没有被阻塞挂起，而是处于就绪状态，线程调度器下一次调度时就有可能调度到当前线程执行。

线程中断

Java中线程中断是一种线程间的协作模式，通过设置线程的中断标志并不能直接终止该线程的执行，而是被中断的线程根据中断状态自行处理。

void interrupt方法

中断线程。设置被中断线程的中断位并立即返回。被中断线程实际并未中断。如果被中断线程因为调用了wait、join、sleep等方法被阻塞挂起，这时调用被中断线程的interrupt方法，被中断线程会在阻塞处抛出InterruptedException异常。

boolean isInterrupted方法

检查被执行的该方法的线程是否被中断。

boolean interrupted方法

返回当前线程是否被中断，并重置中断标志为false。

线程死锁

死锁概念

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，因争夺资源而造成的互相等待的现象，在无外力作用的情况下，这些线程会一直互相等待而无法继续运行下去。

死锁条件

互斥条件：线程对已经获取到的资源进行排他性使用，即该资源同时只能由一个线程占用。如果此时还有其他资源请求获取该资源，则请求者只能等待，直至占有资源的线程释放该资源。
请求并持有条件：一个线程已经持有了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而新资源已被其他线程占有，所以当前线程会被阻塞，但阻塞的同时并不释放自己已经获取的资源。
不可剥夺条件：线程获取到的资源在自己使用完之前不能被其他线程抢占，只有在自己使用完毕后才由自己释放该资源。
环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个线程-资源的环形链，即线程集合{T0,T1,T2,……,Tn}中的T0正在等待一个T1占用的资源，T1正在等待T2占用的资源，……Tn正在等待已被T0占用的资源。

避免方法

只有请求并持有和环路等待条件是可以被破坏的。造成死锁的原因和申请资源的顺序有很大的关系，使用资源申请的有序性原则就可以避免死锁。即不同线程申请资源的顺序保持一致。

守护线程和用户线程

Java中的线程分为两类，分别是daemon线程和user线程。

区别

当最后一个非守护线程结束时，JVM会正常退出，不管当前是否有守护线程。

守护线程设置方式

只需要设置线程的daemon参数为true。

Java

public static void main(String[] args) {
    Thread daemonThread = new Thread(()->{});
    // 设置为守护线程
    daemonThread.setDaemon(true);
    daemonThread.start();
}

ThreadLocal

synchronized、volatile

synchronized和volatile都可以解决内存可见性的问题。相同点：被这两个关键字修饰的内容，在使用时都不会使用工作内存（CPU的一级二级缓存等）直接从主内存中读写相关内容。不同点： synchronized使用的是独占锁，同一时刻只有一个线程能调用synchronized修饰的代码。 volatile使用的是非阻塞算法，不会造成线程上下文切换的开销。volatile也可以避免指令重排序导致的顺序问题。

伪共享

多线程操作的多个变量存放在同一个缓存行中，会出现伪共享，降低性能。可在变量或类上添加@sun.misc.Contended注解解决伪共享问题。 Contentded注解默认只能用于Java核心类。用户代码需要使用这个注解时，需要添加-XX:-RestrictContended 参数。填充宽度参数使用-XX:ContendedPaddingWidth参数设置，默认填充宽度为128。

乐观锁、悲观锁

悲观锁：假定数据随时都会被其他线程修改，所以从一开始就将相关数据加排他锁，直到处理完毕再释放锁。乐观锁：假定数据基本不会被其他线程修改，修改数据时才对数据冲突进行检测。可以使用version或其他业务字段来实现。

公平锁、非公平锁

公平锁：线程获取锁的顺序是按照线程请求锁的时间早晚来决定。

Java

// 公平锁
ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(true);
 
 
// 非公平锁
ReentrantLock pairLock = new ReentrantLock(false);

独占锁、共享锁

独占锁：只能被一个线程持有，属于悲观锁，如ReentrantLock；共享锁：可被多个线程持有，属于乐观锁，如ReadWriteLock。

可重入锁

线程已持有锁，该线程再次尝试获取该锁，如果不被阻塞，则为可重入锁。锁内部维护一个线程标识，用以表示锁被哪个线程占有；再维护一个初始值为0的计数器。当线程获取到锁后，计数器+1，其他线程获取锁时，若尝试获取锁的线程不是锁的所有者，则被阻塞挂起。若尝试获取锁的线程是锁的所有者，则计数器+1，释放锁时计数器-1。当计数器为0时，被阻塞的线程将被唤醒竞争该锁。

自旋锁

线程尝试获取锁时，若发现锁已被其他线程占有，不放弃CPU使用权（不挂起），且反复尝试获取锁，尝试次数由-XX:PreBlockSpinsh参数决定，默认为10，若超出尝试阈值后仍无法获取，才将当前线程阻塞挂起。自旋锁使用CPU时间换取线程阻塞与调度的开销；但若未获取到锁并阻塞挂起，会浪费CPU时间。

并发相关类

ThreadLocalRandom
LongAdder
LongAccumulator

LockSupport

park 方法

park方法可以挂起当前线程，直到其他线程调用unpark方法。其他线程调用当前线程的interrupt方法或被虚假唤醒也会返回，所以调用park方法时也需要循环判断唤醒条件。因park方法被阻塞的线程，在被其他线程中断返回时，不会抛出InterruptedException异常。建议调用park方法时，传入blocker参数，参数值为this，在使用jstack pid查看线程堆栈时，可以查看到有关阻塞对象的更多信息。

unpark 方法

如果线程没有持有与Lock Support关联的许可证，调用unpark时，线程会持有许可证。如果一个线程调用了park方法，再调用unpark后线程会被唤醒；如果一个线程没有调用park方法，直接调用了unpark方法，再调用park方法会立刻返回。

parkNanos方法

如果调用线程已经持有许可证，则马上返回。否则挂起参数指定时间后自动返回。

java并发编程之美 ​

线程 VS 进程 ​

线程 ​

进程 ​

关系 ​

线程创建与运行 ​

线程创建方式 ​

线程通知与等待 ​

wait函数 ​

使用方式 ​

虚假唤醒 ​

sleep、yield ​

线程中断 ​

void interrupt方法 ​

boolean isInterrupted方法 ​

boolean interrupted方法 ​

线程死锁 ​

死锁概念 ​

死锁条件 ​

避免方法 ​

守护线程和用户线程 ​

区别 ​

守护线程设置方式 ​

ThreadLocal ​

synchronized、volatile ​

伪共享 ​

乐观锁、悲观锁 ​

公平锁、非公平锁 ​

独占锁、共享锁 ​

可重入锁 ​

自旋锁 ​

并发相关类 ​

LockSupport ​

park 方法 ​

unpark 方法 ​

parkNanos方法 ​

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线程 VS 进程

线程

进程

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使用方式

虚假唤醒

sleep、yield

线程中断

void interrupt方法

boolean isInterrupted方法

boolean interrupted方法

线程死锁

死锁概念

死锁条件

避免方法

守护线程和用户线程

区别

守护线程设置方式

ThreadLocal

synchronized、volatile

伪共享

乐观锁、悲观锁

公平锁、非公平锁

独占锁、共享锁

可重入锁

自旋锁

并发相关类

LockSupport

park 方法

unpark 方法

parkNanos方法