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Any new functionality added * to this method in the future may have to also be added to the VM. * * A zero status value corresponds to state "NEW". */ if (threadStatus != 0) throw new IllegalThreadStateException(); /* Notify the group that this thread is about to be started * so that it can be added to the group's list of threads * and the group's unstarted count can be decremented. */ group.add(this); boolean started = false; try { start0(); started = true; } finally { try { if (!started) { group.threadStartFailed(this); } } catch (Throwable ignore) { /* do nothing. If start0 threw a Throwable then it will be passed up the call stack */ } } } // 本地方法，底层c++，java无法直接操作硬件 private native void start0(); ``` ### 并发与并行 并发编程：并发、并行 并发（多线程操作同一个资源）：CPU 一核 ，模拟出来多条线程，天下武功，唯快不破，快速交替 并行（多个人一起行走）：CPU 多核 ，多个线程可以同时执行； 线程池 ```java public class Test01 { public static void main(String[] args) { // 获取CPU核数 // CPU 密集型，IO密集型 System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors()); } } ``` 并发编程的本质：**充分利用CPU的资源** 所有的公司都很看重！ 企业，挣钱=> 提高效率，裁员，找一个厉害的人顶替三个不怎么样的人； 人员（减） 、技术成本（高） ### 线程状态 ```java public enum State { // 新生 NEW, // 运行 RUNNABLE, // 阻塞 BLOCKED, // 就绪 // 等待 WAITING, // 超时等待 TIMED_WAITING, //终止 TERMINATED; } ``` ### wait与sleep的区别 * 来与不同的类 * wait：在Object类中 * sleep：在Thread类中 * 关于锁的释放：wait会释放锁，sleep是抱着锁睡觉的，不会释放。 * 使用的范围是不同的 * wait只能在同步代码块中使用 * sleep是在任何地方使用 * 是否需要捕获异常 * wait不需要捕获异常 * sleep需要捕获异常 ## Lock锁（重点） ### 多线程操作资源 ```java /** * 真正的多线程开发，公司中的开发使用JUC并发，需要降低耦合性 * 线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作 */ // 基本的买票例子 public class SaleTicketDemo { public static void main(String[] args) { // 并发；多线程操作同一个操作资源，把资源类丢入线程 Ticket ticket = new Ticket(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<20;i++) ticket.sale(); },"A").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<20;i++) ticket.sale(); },"B").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<20;i++) ticket.sale(); },"C").start(); } } class Ticket{ //属性、方法 private int number = 50; // 买票的方式 public void sale(){ if(number > 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--)+"票，剩余："+number); } } } ``` 会出现多个线程争夺资源，而导致顺序不对。 ### 传统的Synchronized 其实就是让多个线程进行排队进行操作。 ```java class Ticket{ //属性、方法 private int number = 50; // 买票的方式 public synchronized void sale(){ if(number > 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--)+"票，剩余："+number); } } } ``` ### Lock接口 ![image-20220227111519349](/files/ydMqt01lbcFC0C2ZPAuz) ![image-20220227111612827](/files/O9zlhYyuCqARimdzsfOR) ![image-20220227111945757](/files/lSvF0xTPOpP1CzRSuWgW) 公平锁：十分公平：可以先来后到 **非公平锁：十分不公平：可以插队 （默认）** ```java // Lock三部曲 // 1、 new ReentrantLock(); // 2、 lock.lock(); // 加锁 // 3、 finally=> lock.unlock(); // 解锁 class Ticket{ //属性、方法 private int number = 50; private Lock lock = new ReentrantLock(); // 买票的方式 public void sale(){ lock.lock(); //加锁 try { // 业务代码 if(number > 0){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--)+"票，剩余："+number); } }finally { // 解锁 lock.unlock(); } } } ``` ### Synchronized 和 Lock 区别 1. Synchronized 内置的Java关键字， Lock 是一个Java类 2. Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是否获取到了锁 3. Synchronized 会自动释放锁，lock 必须要手动释放锁！如果不释放锁，**死锁** 4. Synchronized 线程 1（获得锁，阻塞）、线程2（等待，傻傻的等）；Lock锁就不一定会等待下 去； 5. Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平；Lock ，可重入锁，可以 判断锁，非公平（可以 自己设置）； 6. **Synchronized 适合锁少量的代码同步问题，Lock 适合锁大量的同步代码！** 7. **使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好，并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）。** 思考：锁是什么，如何判断锁是谁的？ ## 生产者和消费者问题 面试的：单例模式、排序算法、生产者和消费者，死锁 ### 生产者和消费者问题Synchronized版本 ```java /** * 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！等待唤醒、通知唤醒 * 线程交替执行A、B操作同一个变量num=0 * A num+1 * B num-1 * * 例子：信号灯0-1 */ public class Main { public static void main(String[] args) { Data data = new Data(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++){ try { data.increment(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"A").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++){ try { data.decrement(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"B").start(); } } // 等待、业务、通知 class Data{ //资源 private int number = 0; public synchronized void increment() throws InterruptedException { if(number != 0){ //等待 this.wait(); } number++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + number); //通知其他线程，我做完了 this.notifyAll(); } public synchronized void decrement() throws InterruptedException { if(number == 0){ //等待 this.wait(); } number--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + number); //通知其他线程，我做完了 this.notifyAll(); } } ``` ### 问题存在，A、B、C、D4个线程！虚假唤醒 这种问题会造成死锁问题。将`if`判断替换成`while`判断。 ![image-20220227232841412](/files/UAr1pQhbwNPvCN9DZNMV) ```java /** * 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！等待唤醒、通知唤醒 * 线程交替执行A、B操作同一个变量num=0 * A num+1 * B num-1 * * 例子：信号灯0-1 */ public class Main { public static void main(String[] args) { Data data = new Data(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++){ try { data.increment(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"A").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++){ try { data.decrement(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"B").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++){ try { data.increment(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"C").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++){ try { data.decrement(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"D").start(); } } // 等待、业务、通知 class Data{ //资源 private int number = 0; public synchronized void increment() throws InterruptedException { while (number != 0){ //等待 this.wait(); } number++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + number); //通知其他线程，我做完了 this.notifyAll(); } public synchronized void decrement() throws InterruptedException { while (number == 0){ //等待 this.wait(); } number--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + number); //通知其他线程，我做完了 this.notifyAll(); } } ``` ### JUC版的生产者和消费者问题 ![image-20220227233153582](/files/vPADjS6ZY3V9DlFOWe8S) ```java /** * 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！等待唤醒、通知唤醒 * 线程交替执行A、B操作同一个变量num=0 * A num+1 * B num-1 *

* 例子：信号灯0-1 */ // 等待、业务、通知 class Data2 { //资源 private int number = 0; Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); public void increment() { lock.lock(); try { while (number != 0) { //等待 condition.await(); } number++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + number); //通知其他线程，我做完了 condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void decrement() { lock.lock(); try { while (number == 0) { //等待 condition.await(); } number--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + number); //通知其他线程，我做完了 condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } ``` #### Condition 精准的通知和唤醒线程 **通过Condition进行顺序执行任务。实际上是通过Condition精确的监视每一个方法，需要手动设置唤醒的指定线程，以及使当前线程等待。** 可以这样理解：班主任通知班长让同学们打卡，班长然后一个一个提醒同学，学生打完卡，汇报给班长，然后班长汇报给班主任。这是顺序的执行，但是中间班长通知所有同学，可以多线程进行。 ```java /** * Author: LuoRan * Date: 2022/2/27 23:49 */ public class ConditionCode { public static void main(String[] args) { Data3 data = new Data3(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++) data.printA(); },"A").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++) data.printB(); },"B").start(); new Thread(()->{ for(int i=0;i<10;i++) data.printC(); },"C").start(); } } class Data3{ private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition1 = lock.newCondition(); private Condition condition2 = lock.newCondition(); private Condition condition3 = lock.newCondition(); private int number = 1;//A=1,B=2,C=3 public void printA(){ lock.lock(); try { //业务代码 while (number != 1){ //A等待 condition1.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>B"); number = 2; //唤醒指定的人，A现在想唤醒B condition2.signal(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { lock.unlock(); } } public void printB(){ lock.lock(); try { //业务代码 while (number != 2){ condition2.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>C"); number = 3; condition3.signal(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { lock.unlock(); } } public void printC(){ lock.lock(); try { //业务代码 while (number != 3){ condition3.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>A"); number = 1; condition1.signal(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { lock.unlock(); } } } ``` ## 8锁现象 * **两个同步方法，一个对象调用**，标准情况下，两个线程先打印短信还是电话？发短信 * sendSms延迟4秒，两个线程先打印发短信还是 打电话？发短信 **synchronized 锁的是方法的调用者，也就是对象锁。两个方法持有的是同一把锁，因此谁先拿到锁谁先执行** 。 ```java /** * 8锁现象：关于锁的8个问题 * 1. 标准情况下，两个线程先打 发短信还是打电话？ 先1/发短信在2/打电话，因为第一个锁被阻塞了，没有被释放 */ public class Test1 { public static void main(String[] args) { Phone phone = new Phone(); new Thread(()->{ phone.sendSms(); },"A").start(); // try { // TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } new Thread(()->{ phone.call(); },"B").start(); } } class Phone{ // synchronized锁的对象是方法的调用者 // 两个方法用的是一个锁，谁先拿到谁就先执行 public synchronized void sendSms(){ // try { // TimeUnit.SECONDS.sleep(4); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } System.out.println("发送短信"); } public synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); } } ``` * **一个同步方法，一个普通方法，一个对象调用**，增加一个普通方法后，先执行发短信还是Hello？普通方法，因为这里没有锁，不是同步方法，不受锁的影响 **普通方法没有锁，不需要竞争锁。** * **两个对象，两个同步方法**，发短信还是打电话？打电话 **synchronized 锁的是方法的调用者，也就是对象锁。两个对象分别调用两个方法持有的是两把把锁，打电话不需要等待。如果不沉睡，锁的是对象，因为是不同的两个对象，所以并不受锁的影响。** ```java /** * 3. 增加一个普通方法后，先执行发短信还是Hello？普通方法 * 4. 两个对象，两个同步方法，发短信还是打电话？//打电话 */ public class Test2 { public static void main(String[] args) { Phone2 phone1 = new Phone2(); Phone2 phone2 = new Phone2(); new Thread(()->{ phone1.sendSms(); },"A").start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } new Thread(()->{ phone2.call(); },"B").start(); } } class Phone2{ // synchronized锁的对象是方法的调用者 // 两个方法用的是一个锁，谁先拿到谁就先执行 public synchronized void sendSms(){ try { TimeUnit.SECONDS.sleep(4); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("发送短信"); } public synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); } // 这里没有锁，不是同步方法，不受锁的影响 public void hello(){ System.out.println("Hello"); } } ``` * **两个静态同步方法，一个对象调用**，增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打电话还是发短信？打电话？ **static方法类一加载就会执行，synchronized 锁的是Class对象，所以两个方法持有一把锁，谁先得到谁先执行** * 两个对象！增加两个静态的同步方法， 先打印 发短信？打电话 **static方法类一加载就执行，synchronized 锁的是Class对象即类所，两个方法持有两把把锁，而打电话不沉睡4秒** ```java /** * 5. 增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打印 发短信？打电话？ * 6. 两个对象！增加两个静态的同步方法， 先打印 发短信？打电话？ */ public class Test3 { public static void main(String[] args) { // static静态方法的Class对象只有一个 Phone3 phone1 = new Phone3(); Phone3 phone2 = new Phone3(); new Thread(()->{ phone1.sendSms(); },"A").start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } new Thread(()->{ phone2.call(); },"B").start(); } } // 唯一的Class对象 class Phone3{ // synchronized锁的对象是方法的调用者，两个方法用的是一个锁，谁先拿到谁就先执行 // static静态方法，在类加载的时候就有了，锁的是Class，而且Class全局唯一 public static synchronized void sendSms(){ try { TimeUnit.SECONDS.sleep(4); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("发送短信"); } public static synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); } } ``` * 1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，一个对象，先打印 发短信？打电话？ 打电话 **原因：静态同步方法和普通同步方法分别是类锁和对象锁，相当于两把锁，普通同步方法不要等待。** * 1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，两个对象，先打印 发短信？打电话？打电话 **原因：静态同步方法和普通同步方法分别是类锁和对象锁，相当于两把锁，普通同步方法不要等待。** ```java /** * 7. 1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，一个对象，先打印 发短信？打电话？ * 8. 1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，两个对象，先打印 发短信？打电话？ */ public class Test4 { public static void main(String[] args) { // Phone4 phone = new Phone4(); Phone4 phone1 = new Phone4(); Phone4 phone2 = new Phone4(); new Thread(()->{ phone1.sendSms(); },"A").start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } new Thread(()->{ phone2.call(); },"B").start(); } } // 唯一的Class对象 class Phone4{ // synchronized锁的对象是方法的调用者，两个方法用的是一个锁，谁先拿到谁就先执行 // static静态方法，在类加载的时候就有了，锁的是Class，而且Class全局唯一 public static synchronized void sendSms(){ try { TimeUnit.SECONDS.sleep(4); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("发送短信"); } // 普通同步方法，锁的调用者 public synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); } public void hello(){ System.out.println("hello"); } } ``` 小结： * **普通带锁方法：锁对象，同一对象下的才按顺序执行，如果是同一个类下的不同对象则不受影响。** * **普通不带锁方法：不受任何影响。** * **静态带锁方法：锁类，同一个类下的所有对象的所有带锁方法都得按顺序执行。** ## 集合类不安全 ### List不安全 * ``` 1.使用``Vector``进行解决 ``` * ``` 2.使用``Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())`` ``` * ``` 3.使用``new CopyOnWriteArrayList<>()``：CopyOnWriteArrayList是在有写操作的时候会copy一份数据，然后写完再设置成新的数据。 ``` CopyOnWriteArrayList比Vector高效，因为Vector使用synchronized会速度慢，而CopyOnWriteArrayList使用了lock锁。 ```java public class ListTest { public static void main(String[] args) { /** * 并发下ArrayList不安全 * 解决方案： * 1.使用Vector进行解决 * 2.使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); * 3.使用new CopyOnWriteArrayList<>() * //写入时复制使用了lock，COW计算机程序设计领域的一种优化策略 * //多个线程调用的时候，list读取的时候是固定的，写入（覆盖），在写入的时候避免覆盖，造成数据问题。 * * CopyOnWriteArrayList比Vector高效，因为Vector使用synchronized会速度慢，而CopyOnWriteArrayList使用了lock锁 */ // List list = new ArrayList<>(); // List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); List list = new CopyOnWriteArrayList<>(); for(int i=1;i<=100;i++){ new Thread(()->{ list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5)); System.out.println(list); },String.valueOf(i)).start(); } } } ``` ### Set不安全 CopyOnWriteArraySet是线程安全版本的Set实现，它的内部通过一个CopyOnWriteArrayList来代理读写等操作，使得CopyOnWriteArraySet表现出了和CopyOnWriteArrayList一致的并发行为，他们的区别在于数据结构模型的不同，set不允许多个相同的元素插入容器中。 ```java // 报错异常：ConcurrentModificationException /** * 解决方案： * 1. Collections.synchronizedSet(new HashSet<>()) * 2. new CopyOnWriteArraySet<>(); */ public class SetTest { public static void main(String[] args) { // Set set = new HashSet<>(); // Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>()); Set set = new CopyOnWriteArraySet<>(); for(int i=0;i<100;i++){ new Thread(()->{ set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5)); System.out.println(set); },String.valueOf(i)).start(); } } } ``` HashSet的底层实现是HashMap。 ```java public HashSet() { map = new HashMap<>(); } // add set元素的本质map就是无法重复的。 public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; } private static final Object PRESENT = new Object(); // 不变得值！ ``` ### Map不安全 ![image-20220228153835218](/files/u21NFezyMtW6xhHoaMf1) ```java public class MapTest { public static void main(String[] args) { // map是这样用的吗？不是，工作中不用HahsMap // 默认等价于什么？ new HashMap(16,0.75) // Map map = new HashMap<>(); Map map = new ConcurrentHashMap<>(); for(int i=0;i<100;i++){ new Thread(()->{ map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0,5)); System.out.println(map); },String.valueOf(i)).start(); } } } ``` ## Callable ![image-20220228161855884](/files/fekT8z7DWIs3qkQ4pTr8) 1. 可以有返回值 2. 可以抛出异常 3. 方法不同，run()/call() ![image-20220228162344875](/files/bvnQRRKLEWjEFptq1nsj) ![image-20220228162514092](/files/j9TuSLgcBcisoMdM1fAB) ![image-20220228162542285](/files/WtH6cNIw5j0K5FXR4Zxy) ```java public class CallableTest { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { // new Thread(new Runnable()).start(); // new Thread(new FutureTask()).start(); // new Thread(new FutureTask(Callable)).start(); // new Thread().start(); // 怎么启动callable MyThread thread = new MyThread(); FutureTask task = new FutureTask(thread); new Thread(task,"A").start(); new Thread(task,"B").start();// 结果会被缓存，效率高，是因为调用了同一个task //只会打印一个 String s = (String) task.get(); //等待结果返回，因此这个get方法可能会产生阻塞！把他放到最后 // 或者使用异步通信来处理！ System.out.println(s); } } class MyThread implements Callable { @Override public String call() throws Exception { // System.out.println("123456"); return "123456"; } } ``` * 有缓存 * 结果可能需要等待，会阻塞。 ## 常用的辅助类(必会) ### CountDownLatch ![image-20220301100447109](/files/gN0qRPKpuRJC1Cc55i3g) * `countDownLatch.countDown()是数量减1` * `countDownLatch.await()用于等待计数器归零，然后向下执行` 每次有线程调用`countDown()`数量减一，假设计数器变为0，`countDownLatch.await()`被唤醒，才可以继续往下执行。 ```java // 计数器 public class CountDownLatchDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 必须要执行任务的时候，再使用 CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6); for(int i=1;i<=6;i++){ new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "go out"); countDownLatch.countDown(); // 数量减1 },String.valueOf(i)).start(); } countDownLatch.await(); // 等待计数器归零，然后向下执行 System.out.println("close door"); } } ``` ### CyclicBarrier ![image-20220301103255922](/files/qbSTEhOl3RXmZ4BT5QxE) 类似于加法计数器。 ```java public class CyclicBarrierDemo { // 类似于CountDownLatch，但是操作相反 public static void main(String[] args) { // 当计数达到设置的7时候，才能满足要求 CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,()->{ System.out.println("计数达到7了"); }); for(int i=1;i<=7;i++){ final int temp = i; // 直接使用i，会拿不到 // 使用final是为了保持数据一致性 new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集了"+temp + "颗龙珠"); try { cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } },String.valueOf(i)).start(); } } } ``` ### Semaphore ![image-20220301103757160](/files/xINWLWC3jr5aBeRNuz4M) semaphore：信号量 实例：抢车位，6辆车只有3个停车位 * `semaphere.acquire()`获得，假设如果已经满了，就会等待到被释放为止。 * `semaphere.release()`释放，会将当前信号量进行释放，然后唤醒等待线程。 作用：多个共享资源的互斥的使用！并发限流，控制到最大的线程数。 ```java public class SemaphereDemo { public static void main(String[] args) { // 线程数量 // 限流 Semaphore semaphere = new Semaphore(3); for(int i=1;i<=6;i++){ new Thread(()->{ // acquire()得到 try { semaphere.acquire(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到车位"); TimeUnit.SECONDS.sleep(2); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "离开车位"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }finally { // release()释放 semaphere.release(); } },String.valueOf(i)).start(); } } } ``` ## 读写锁 通过`ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock()`更细粒度的去控制读写操作。 * 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有 * 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有 ```java /** * 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有 * 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有 * * ReadWriteLock * 读-读 可以共存！ * 读-写 不能共存！ * 写-写 不能共存！ */ public class ReadWriteLockDemo { public static void main(String[] args) { // MyCache cache = new MyCache(); MyCacheLock cache = new MyCacheLock(); for(int i=1;i<=5;i++){ final int temp = i; new Thread(()->{ cache.put(temp+"",temp+""); },String.valueOf(i)).start(); } for(int i=1;i<=5;i++){ final int temp = i; new Thread(()->{ cache.get(temp+""); },String.valueOf(i)).start(); } } } /** * 自定义缓存 */ class MyCacheLock{ // volatile：保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。 private volatile Map map = new HashMap<>(); // 读写锁：更加细粒度的控制 private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); //存，写 public void put(String key,Object value){ readWriteLock.writeLock().lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key); map.put(key,value); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入OK"); }finally { readWriteLock.writeLock().unlock(); } } //取，读 public void get(String key){ readWriteLock.readLock().lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key); Object o = map.get(key); System.out.println(o); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取OK"); }finally { readWriteLock.readLock().unlock(); } } } /** * 自定义缓存 */ class MyCache{ // volatile：保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。 private volatile Map map = new HashMap<>(); //存，写 public void put(String key,Object value){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key); map.put(key,value); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入OK"); } //取，读 public void get(String key){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key); Object o = map.get(key); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取OK"); } } ``` ## 阻塞队列 ![image-20220301112423794](/files/p9YpXUm6XD8nCqDcVhpk) 阻塞队列： ![image-20220301112448849](/files/4q78mDmpai2mwDDLzAdl) ![image-20220301112503811](/files/Ne26Zq2F43Zrck3LGf2O) **BlockingQueue** BlockingQueue 不是新的东西 ![image-20220301113111569](/files/iPSfJGWTrz9DWtTxTPAY) **学会使用队列** 添加、移除 **四组API** | 方式 | 抛出异常 | 有返回值，不抛出异常 | 阻塞 等待 | 超时等待 | | ------ | ------- | ---------- | ------ | --------- | | 添加 | add | offer() | put() | offer(,,) | | 移除 | remove | poll() | take() | poll(,) | | 检测队首元素 | element | peek | - | - | ```java public class Test { public static void main(String[] args) { try { test4(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 抛出异常 public static void test1(){ ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3); System.out.println(blockingQueue.add("a")); System.out.println(blockingQueue.add("b")); System.out.println(blockingQueue.add("c")); // // 队列满了后，继续添加，会抛出异常 // System.out.println(blockingQueue.add("d")); System.out.println(blockingQueue.element()); System.out.println(blockingQueue.remove()); System.out.println(blockingQueue.remove()); System.out.println(blockingQueue.remove()); // // 队列空了后，继续删除，会抛出异常 // System.out.println(blockingQueue.remove()); } // 有返回值，无异常 public static void test2(){ ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3); System.out.println(blockingQueue.offer("a")); System.out.println(blockingQueue.offer("b")); System.out.println(blockingQueue.offer("c")); // 队列满了后，继续添加，不会抛出异常 System.out.println(blockingQueue.offer("d")); // 取出队首元素 System.out.println(blockingQueue.peek()); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); // 队列空了后，继续删除，会抛出异常 System.out.println(blockingQueue.poll()); } // 等待，阻塞（一直阻塞） public static void test3() throws InterruptedException { ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3); // 一直阻塞 blockingQueue.put("a"); blockingQueue.put("b"); blockingQueue.put("c"); // // 队列没有位置了，一直会被阻塞 // blockingQueue.put("d"); // 取出数据 System.out.println(blockingQueue.take()); System.out.println(blockingQueue.take()); System.out.println(blockingQueue.take()); // // 队列没元素，会被阻塞，一直等待元素放进来 // System.out.println(blockingQueue.take()); } // 等待超时（等待阻塞） public static void test4() throws InterruptedException { ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3); blockingQueue.offer("a"); blockingQueue.offer("b"); blockingQueue.offer("c"); // 等待超过2秒就退出 blockingQueue.offer("d",2, TimeUnit.SECONDS); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); // 等待超过2秒就退出 System.out.println(blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS)); } } ``` #### SynchronousQueue同步队列 没有容量，进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素！ * take与put方法 ```java // 同步队列 public class SynchronousQueueDemo { public static void main(String[] args) { BlockingQueue synchronousQueue = new SynchronousQueue(); new Thread(()->{ try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 1"); synchronousQueue.put("1"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 2"); synchronousQueue.put("2"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 3"); synchronousQueue.put("3"); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } },"T1").start(); new Thread(()->{ try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + synchronousQueue.take()); TimeUnit.SECONDS.sleep(3); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + synchronousQueue.take()); TimeUnit.SECONDS.sleep(3); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + synchronousQueue.take()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } },"T2").start(); } } ``` ## 线程池(重点) ### 池化技术 程序的运行会占用系统的资源！ 池化技术是优化资源的使用！（线程池、连接池、内存池、对象池） 池化技术：事先准备好一些资源，要有人来使用，就来我这里来拿，用完之后还回来。 **线程池的好处：1. 降低资源的消耗；2. 提高响应的速度；3. 方便管理** **核心作用：线程复用、可以控制最大并发数、管理线程。** > 线程池面试：三大方法、7大参数、4种拒绝策略 ### 三大方法 ![image-20220301155045471](/files/KAgRVQJGodgVRNYQQhkl) * 创建单个线程：`newSingleThreadExecutor` * 创建固定线程池大小：`newFixedThreadPool` * 创建可缓存线程池：`newCachedThreadPool` 都是通过`ThreadPoolExecutor`实现的。 ```java // Executors 工具类：3大方法 public class Demo01 { public static void main(String[] args) { ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor(); // 单个线程 // Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建固定线程池的大小 // Executors.newCachedThreadPool(); //可伸缩的线程池，遇强则强，遇弱则弱 // 创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。 try { for(int i=0;i<10;i++){ threadPool.execute(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "ok"); }); } }finally { threadPool.shutdown(); } } } ``` ### 7大参数 源码分析 ```java // newSingleThreadExecutor public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue())); } // newFixedThreadPool public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue()); } // newCachedThreadPool public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, // 约定于21亿，容易造成电脑崩溃 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue()); } ``` 本质上是调用了`ThreadPoolExecutor`，而里面的参数就是所谓的7大参数。 ```java public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心线程池大小 int maximumPoolSize,// 最大核心线程池大小 long keepAliveTime, // 超时了没有人调用就会释放 TimeUnit unit, // 超时单位 BlockingQueue workQueue, // 阻塞队列 ThreadFactory threadFactory, //线程工厂，创建线程的，一般不用动 RejectedExecutionHandler handler) { //拒绝策略 if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; } ``` ![image-20220301162244452](/files/aq3Hje3Oz8hgTdKo7vak) ### 手动创建一个线程池 ```java public class Demo2 { public static void main(String[] args) { ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor( 2, 5, 3, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(3), Executors.defaultThreadFactory(), // new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()// 相等于 银行客户满了，但是还有客户进来，不处理这个进来的客户，抛出异常 // new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()//哪里来的去哪里，就是公司让你去银行办卡，但是银行满了，让你会公司内部帮你弄 // new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()//队列满了，但是不抛出异常，不处理多余的任务 new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()//队列满了，尝试去和最早的线程去竞争资源，如果成功了，就执行，不成功就抛弃，该方法也不会抛出异常 ); try { // 最大承载：队列 + 最大线程数 for(int i=1;i<=9;i++){ // 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程 threadPool.execute(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok"); }); } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { // 线程池用完，程序结束，关闭线程池 threadPool.shutdown(); } } } ``` ### 四种解决策略 ```java new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()// 相等于 银行客户满了，但是还有客户进来，不处理这个进来的客户，抛出异常 new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()//哪里来的去哪里，就是公司让你去银行办卡，但是银行满了，让你会公司内部帮你弄 new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()//队列满了，但是不抛出异常，不处理多余的任务 new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()//队列满了，尝试去和最早的线程去竞争资源，如果成功了，就执行，不成功就抛弃，该方法也不会抛出异常 ``` ### 小结 最大线程到底如何定义？ 1. CPU密集型，几核就是几，可以保持CPU的效率最高 ```java // 获取的核数 System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors()); ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor( 2, Runtime.getRuntime().availableProcessors(), 3, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(3), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() ); ``` 1. IO 密集型：设置大于判断程序中十分耗IO的线程数量，比如程序中有15个大型任务，io十分占用资源！ ## 四大函数式接口（必需掌握） > 必须掌握：lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算 ### 函数式接口：只有一个方法的接口 Java 8为函数式接口引入了一个新注解@FunctionalInterface，主要用于**编译级错误检查**，加上该注解，当你写的接口不符合函数式接口定义的时候，编译器会报错。 ```java @FunctionalInterface public interface Runnable { public abstract void run(); } // FunctionalInterface有很多的实现，用来简化编程模型，在新版本框架底层中大量应用。 ``` **四大函数式接口：Consumer、Function、Predicate、Supplier** ### Function函数接口 ![image-20220302100830467](/files/wQhVrnUAozJ0fUkvZMED) ```java /* Function：函数型接口 */ public class demo1 { public static void main(String[] args) { // 工具类：输出输入的值 // Function function = new Function<>() { // @Override // public String apply(String str) { // return str; // } // }; Function function = (str)->{return str;}; System.out.println(function.apply("hello")); } } ``` ### Predicate：断定型接口，有一个输入参数，返回值只能是布尔值 ![image-20220302101129560](/files/qkiuZkvscyq9MOocb63V) ```java // 断定型接口：有一个参数吗，返回值只能是布尔值 public class demo2 { public static void main(String[] args) { // 判断字符串是否为空 // Predicate predicate = new Predicate() { // @Override // public boolean test(String str) { // return str.isEmpty(); // } // }; Predicate predicate = str -> {return str.isEmpty();}; System.out.println(predicate.test("")); } } ``` ### Consumer消费型接口 ![image-20220302101635771](/files/15DgcXZFlryL8mJIwVNv) ```java public class demo3 { public static void main(String[] args) { // Consumer consumer = new Consumer() { // @Override // public void accept(String str) { // System.out.println(str); // } // }; // Consumer consumer = (str)->{System.out.println(str);}; // 还能缩写为如下，需要打印的 Consumer consumer = System.out::println; consumer.accept("hello"); } } ``` ### Supplier供给型接口 ![image-20220302101916603](/files/qrzZi4WAcvnAwjD6EVJ1) ```java public class demo4 { public static void main(String[] args) { // Supplier supplier = new Supplier() { // @Override // public String get() { // return null; // } // }; Supplier supplier = ()->{return "1024";}; System.out.println(supplier.get()); } } ``` ## Stream流式计算 ### 什么是Stream流式计算 大数据分为存储+计算。 集合、MySQL的本质是用来存储东西的。 计算都应该交给流来实现。 * 创建User类 ```java public class User { private int id; private String name; private int age; public int getId() { return id; } public void setId(int id) { this.id = id; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public User(int id, String name, int age) { this.id = id; this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "User{" + "id=" + id + ", name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } } ``` * 测试 ```java /** * * 题目要求：一分钟内完成此题，只能用一行代码实现！ * 现在有5个用户！筛选： * 1、ID 必须是偶数 * 2、年龄必须大于23岁 * 3、用户名转为大写字母 * 4、用户名字母倒着排序 * 5、只输出一个用户！ */ public class Test { public static void main(String[] args) { User u1 = new User(1,"a",21); User u2 = new User(2,"b",22); User u3 = new User(3,"c",23); User u4 = new User(4,"d",24); User u5 = new User(5,"e",25); User u6 = new User(6,"f",26); // 集合是用来存储的 List userList = Arrays.asList(u1,u2,u3,u4,u5,u6); // 计算交给流来计算 // lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算 userList.stream() .filter(u->{return u.getId()%2 == 0;}) .filter(u->{return u.getAge() > 23;}) .peek(u-> u.setName(u.getName().toUpperCase())) .sorted((a,b)->{return b.getName().compareTo(a.getName());}) .limit(1) .forEach(System.out::println); } } ``` ## ForkJoin ### 什么是ForkJoin ForkJoin在JDK1.7出现的，并行执行任务！提高效率，适合大数据量。 ForkJoin是将一个大任务拆分为多个子任务进行操作。就是分而治之思想。 ![image-20220302104603326](/files/yI4jZP3jXOGN04tHlEQS) ### ForkJoin特点：工作窃取 这个里面维护的都是双端队列。 ![image-20220302104943515](/files/omsMvDvKL8BAKIxqYULN) ![image-20220302123459105](/files/e46Gxz4dv2ZEOsTYTmms) ![image-20220302123517176](/files/dQbjD4z5a8UoR7TpIX3m) ```java public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask { private long start; private long end; // 临界值 private long temp = 10000L; public ForkJoinDemo(Long start,Long end){ this.start = start; this.end = end; } public void test(){ if((end - start) > temp){ } } @Override protected Long compute() { if((end - start) > temp){ long sum = 0L; for(long i=start;i<=end;i++){ sum += i; } return sum; }else{ // 超过10_0000_0000通过forkjoin实现 long middle = start+(end -start) / 2; ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, middle); task1.fork();//拆分任务，把任务压入到线程队列 ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(middle+1, end); task2.fork(); return task1.join() + task2.join(); } } public static void forkTest() throws ExecutionException, InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(); ForkJoinTask task = new ForkJoinDemo(0L, 10_0000_0000L); // forkJoinPool.execute(task); //执行任务，没有结果 ForkJoinTask submit = forkJoinPool.submit(task);//提交任务，可以拿到结果 long end = System.currentTimeMillis(); long sum = submit.get(); // 会阻塞等待 System.out.println("sum="+sum+";时间:"+(end-start)); } public static void streamTest(){ long start = System.currentTimeMillis(); long sum = LongStream.rangeClosed(0L,10_0000_0000l).parallel().reduce(0,Long::sum); long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("sum="+sum+";时间:"+(end-start)); } public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { forkTest(); streamTest(); } } ``` ## 异步回调 ### Future设计的初衷：对某个未来的事件结果进行建模，类似于ajax ![image-20220302131442134](/files/sAOLHcviLmWpuNRmgIc5) ```java /** * 异步调用：completableFuture */ public class Demo1 { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { //发起一个请求，没有返回值的runAsync 异步回调 CompletableFuture completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()->{ try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "runAsync => void"); }); System.out.println(1111); //有返回值的异步回调 CompletableFuture completableFuture2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "supplyAsync => void"); return 1024; }); completableFuture2.whenComplete((t,u)->{ System.out.println("t="+t);//获取正常返回结果 System.out.println("u="+u); }).exceptionally((e)->{//获取错误的返回结果 System.out.println(e.getMessage()); return 233; }).get(); } } ``` ## JMM ### 请你谈谈volatile的理解 volatile是java虚拟机提供轻量级的同步机制 1. 包装可见性 2. 不保证原子性 3. 禁止指令重排 ### 什么是JMM JMM是java内存模型，不存在的东西，就是一个概念/约定。 **关于JMM的一些同步约定：** * 线程解锁前，必须把共享变量**立刻**刷回主存。 * 线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中。 * 加锁和解锁是同一把锁 线程 **工作内存、主内存** 8种操作： ![在这里插入图片描述](/files/zbVsYoDDaISgMQQdT6mQ) **8种原子操作如下：** * lock(锁定)：作用于主内存，它把一个变量标记为一条线程独占状态； * read(读取)：作用于主内存，它把变量值从主内存传送到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用； * load(载入)：作用于工作内存，它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中； * use(使用)：作用于工作内存，它把工作内存中的[值传递](https://so.csdn.net/so/search?q=值传递\&spm=1001.2101.3001.7020)给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时候，将会执行这个动作； * assign(赋值)：作用于工作内存，它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候，执行该操作； * store(存储)：作用于工作内存，它把工作内存中的一个变量传送给主内存中，以备随后的write操作使用； * write(写入)：作用于主内存，它把store传送值放到主内存中的变量中。 * unlock(解锁)：作用于主内存，它将一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才能够被其他线程锁定； **Java内存模型还规定了执行上述8种基本操作时必须满足如下规则:** （1）不允许read和load、store和write操作之一单独出现（即不允许一个变量从主存读取了但是工作内存不接受，或者从工作内存发起会写了但是主存不接受的情况），以上两个操作必须按顺序执行，但没有保证必须连续执行，也就是说，read与load之间、store与write之间是可插入其他指令的。 （2）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。 （3）不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存中。 （4）一个新的变量只能从主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量，换句话说就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行过了assign和load操作。 （5）一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其执行lock操作，但lock操作可以被同一个条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。 （6）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。 （7）如果一个变量实现没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。 （8）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（执行store和write操作）。 问题： 程序不知道主内存的值已经被修改过了 ![image-20220303102013332](/files/vCTlKEOZtsBiumtAevo0) ## Volatile * 保证可见性 ```java public class demo01 { // 使用volatile使得该共享变量可见，便于通知 private volatile static int num = 0; public static void main(String[] args) { new Thread(()->{ //线程1对主内存的变化不知道 while (num == 0){ } }).start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } num = 1; System.out.println(num); } } ``` * 不保证原子性 原子性：不可分割 线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不被分割，要么同时成功，要么同时失败。 ```java // 不保证原子性 public class demo02 { private volatile static int num = 0; public static void add(){ num++; } public static void main(String[] args) { for(int i=0;i<20;i++){ new Thread(()->{ for(int j=0;j<1000;j++) add(); }).start(); } while (Thread.activeCount() > 2){ // main、gc Thread.yield(); } // 理论上是20000 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);//19978 } } ``` 如果不加lock和synchronized，怎么保证原子性。 ![image-20220303103036113](/files/ptpthT8ctRaYZQyVkcjt) 使用原子类，解决原子性问题 ```java // 不保证原子性 public class demo02 { private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger(); public static void add(){ num.getAndIncrement(); // AtomicInteger+1,CAS } public static void main(String[] args) { for(int i=0;i<20;i++){ new Thread(()->{ for(int j=0;j<1000;j++) add(); }).start(); } while (Thread.activeCount() > 2){ // main、gc Thread.yield(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num); } } ``` 这些类的操作直接底层操作系统挂钩。在内存中修改至，Unsafe是一个很特殊的类。 * 指令重排 指令重排：写的程序，计算机并不是按照写的程序去执行的。 源代码-> 编译器优化的重排->指令并行也可能会重排->内存系统也会重排->执行 ```java int x = 1; // 1 int y = 2; // 2 x = x + 5; // 3 y = x * x; // 4 ``` 所期望的是1234步骤进行顺序执行，但是计算机会进行指令重排（比如2134，1324也可以执行）。 ![image-20220303104718976](/files/HzZpyzCPtG69fafjx2Vf) ![image-20220303104734627](/files/XKWL9OmO44Zn4wd7VyLT) volatile可以避免指令重排。 内存屏障，CPU指令。作用： 1、保证特定的操作的执行顺序！ 2、可以保证某些变量的内存可见性 （利用这些特性volatile实现了可见性） ![image-20220303105352687](/files/k7VfCzYVDWVZDX2Af0LT) **volatile是可以保持可见性，不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象发生。** ## 彻底玩转单例模式 饿汉式、DCL懒汉式（用到了volatile） * 饿汉式 ```java // 饿汉式单例 public class Hungry { private byte[] data1 = new byte[1024*1024]; private byte[] data2 = new byte[1024*1024]; private byte[] data3 = new byte[1024*1024]; private byte[] data4 = new byte[1024*1024]; private Hungry(){ } private final static Hungry HUNGRY = new Hungry(); public static Hungry getInstance(){ return HUNGRY; } } ``` * DCL懒汉式 ```java // 懒汉式单例 public class LazyMan { public static boolean flag = false; //通过标志位进行保护 private LazyMan(){ // // 由于反射会破坏单例，这里加把锁 // synchronized (LazyMan.class){ //但是这里加了三把锁，但是仍然会破坏 // if(lazyMan == null){ // System.out.println("不要试图使用反射破坏异常"); // } // } // 由于反射会破坏单例，这里加把锁 synchronized (LazyMan.class){ //但是这里加了三把锁，但是仍然会破坏 if(flag == false){ flag = true; }else { throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常"); } } } private volatile static LazyMan lazyMan; // 双重检测锁模式的懒汉式单例-DCL public static LazyMan getInstance(){ if(lazyMan == null){ if(lazyMan == null){ synchronized (LazyMan.class){ if(lazyMan == null){ lazyMan = new LazyMan(); // 不是原子性操作 /** * 以下指令，可能会指令重排，导致返回时，还没有构造好，因此需要将对象进行可见，避免问题发生 * 1.分配内存空间 * 2. 执行构造方法，初始化对象 * 3. 把这个对象执向这个空间 */ } } } } return lazyMan; } // 单例没问题 // 并发有问题 public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException { // for(int i=0;i<10;i++){ // new Thread(()->{ // LazyMan.getInstance(); // }).start(); // } // //反射会被破坏这个单例 // LazyMan instance = LazyMan.getInstance(); // 反射破坏了单例 Constructor declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null); declaredConstructor.setAccessible(true); LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance(); // 但是如果找到标志位的变量，进行破坏 Field flag = LazyMan.class.getField("flag"); flag.setAccessible(true); flag.set(instance2,false); LazyMan instance3 = declaredConstructor.newInstance(); System.out.println(instance2); System.out.println(instance3); } } ``` * 静态内部类 ```java public class Holder { private Holder(){ } // 但是不安全， public static Holder getInstance(){ return InnerClass.HOLDER; } // 静态内部类 public static class InnerClass{ private static final Holder HOLDER = new Holder(); } } ``` > 单例不安全，可以通过反射进行破坏 * 枚举 ```java // enum是一个什么？本身也是一个Class类 public enum EnumSingle { INSTANCE; public EnumSingle getInstance(){ return INSTANCE; } } class Test{ public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException { EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE; // Constructor constructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(null); Constructor constructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class); constructor.setAccessible(true); EnumSingle instance2 = EnumSingle.INSTANCE; // NoSuchMethodException: single.EnumSingle.() System.out.println(instance1); System.out.println(instance2); System.out.println(instance1 == instance2); } } ``` ![image-20220303150903189](/files/lflX4aQo59ZI4g8KjNqb) ## 深入理解CAS ### 什么是CAS CAS：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么就执行操作！如果不是就一直循环，因为其底层是自旋锁。 缺点： 1. 循环会耗时 2. 一次性只能保证一个共享变量的原子性 3. ABA问题 ```java public class CASDemo { public static void main(String[] args) { AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020); // 如果期望达到了，那么就更新，否则就不更新。 atomicInteger.compareAndSet(2020,2021); System.out.println(atomicInteger.get()); } } ``` ### Unsafe ![image-20220304102147460](/files/26iRjooNRVNv88FCXmY3) ![image-20220304102303291](/files/heG1fnEMk8sZ3DTJ8BVS) ![image-20220304102338655](/files/kQYJfxmjdxAeOF4iupiw) ### CAS：什么是ABA问题 ABA问题：A被一个线程修改成B然后又被另一个修改成A，实际对象已经发生改变，可以通过增加版本号来改变。 ![image-20220304103010273](/files/zatbQ7OM7CIELIUAnLKL) ```java public class CASDemo { public static void main(String[] args) { AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020); // 如果期望达到了，那么就更新，否则就不更新。 // ====捣乱线程===== System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020,2021)); System.out.println(atomicInteger.get()); System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021,2020)); System.out.println(atomicInteger.get()); // ====期望线程===== System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020,2021)); System.out.println(atomicInteger.get()); } } ``` !\[image-20220502124037974]\(d:/program files/typora/assets/04-JUC并发编程篇/image-20220502124037974-1661700331033214.png) ### 原子引用 解决ABA 问题，引入原子引用！ 对应的思想：乐观锁！ > 带版本号的原子操作！ **Integer 使用了对象缓存机制，默认范围是 -128 \~ 127 ，推荐使用静态工厂方法 valueOf 获取对象实例，而不是 new，因为 valueOf 使用缓存，而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间；** AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题。 正常在业务操作，这里面比较的都是一个个对象。 ## 各种锁的理解 ### 公平锁与非公平锁 * 公平锁：非常公平，不能够插队，必须先来后到 * 非公平锁：非常不公平，可以插队（默认都是非公平） ```java public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); } //可以通过传入fair值，变成公平锁 public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); } ``` ### 可重入锁 可重入锁（递归锁） ![image-20220304105408547](/files/oodFYIrfKpCyADgRM38i) #### Sychronized ```java public class Demo1 { public static void main(String[] args) { Phone phone = new Phone(); new Thread(()->{phone.sms();},"A").start(); new Thread(()->{phone.call();},"B").start(); } } class Phone{ public synchronized void sms(){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>sms"); call(); } public synchronized void call(){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>call"); } } ``` #### Lock ```java public class Demo2 { public static void main(String[] args) { Phone2 phone = new Phone2(); new Thread(()->{phone.sms();},"A").start(); new Thread(()->{phone.call();},"B").start(); } } class Phone2 { Lock lock = new ReentrantLock(); public void sms() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>sms"); call(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void call() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>call"); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } ``` ### 自旋锁 spinlock ```java public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) { int v; do { v = getIntVolatile(o, offset); } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta)); return v; } ``` 自定义锁测试 ```java public class SpinLockDemo { private AtomicReference reference = new AtomicReference<>(); //加锁 public void myLock(){ Thread thread = Thread.currentThread(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock" ); while (!reference.compareAndSet(null,thread)){ } } //解锁 public void myUnlock(){ Thread thread = Thread.currentThread(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock" ); while (!reference.compareAndSet(thread,null)){ } } public static void main(String[] args) { // ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // lock.lock(); // lock.unlock(); // 底层使用自旋锁 SpinLockDemo lock2 = new SpinLockDemo(); new Thread(()->{ lock2.myLock(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { lock2.myUnlock(); } },"T1").start(); new Thread(()->{ lock2.myLock(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { lock2.myUnlock(); } },"T2").start(); } } ``` ### 死锁 #### 什么是死锁 ![image-20220304124255380](/files/fLJGrYpDg8pwvBNLcn4f) ```java public class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { String lockA = "lockA"; String lockB = "lockB"; new Thread(new MyThread(lockA, lockB), "T1").start(); new Thread(new MyThread(lockB, lockA), "T2").start(); } } class MyThread implements Runnable { private final String lockA; private final String lockB; public MyThread(String lockA, String lockB) { this.lockA = lockA; this.lockB = lockB; } @Override public void run() { synchronized (lockA) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockA + "=>get" + lockB); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (lockB) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockB + "=>get" + lockA); } } } } ``` #### 解决问题 1. 使用`jps -l`定位进程号 ``` jps -l ``` ![image-20220304125747378](/files/x52SusXM1N23PB2boIa5) 1. 使用`jstack 进程号`找到死锁问题 ``` jstack 19360 ``` ![image-20220304125954076](/files/8uqqErEOJ8YsuDIuPMxd) 排查问题： 1. 查看日志 2. 看下堆栈信息 ## Synchronized锁升级 * 无锁 * 偏向锁：没有线程竞争的情况，锁会偏向于线程A，不需要再次获取，而是直接进入。如果存在多个线程来抢占锁，线程B来抢占所，锁会升级为轻量级锁。（默认4秒后开启，`-XX:BiasedLockingStartupDelay=0`） * 轻量级锁：为了避免线程阻塞，通过自旋锁来实现（也就是重试）。 如果重试后，还是抢不到锁，升级为重量级锁。 * 重量级锁： * 用户态到内核态的切换 * 没有获得锁的线程会阻塞，再被唤醒 ## JUC面试 ### 互联网三高 * 高性能：响应（低延时）（缓存、JVM优化）、吞吐（高吞吐量、高并发）（集群、负载均衡） * 高扩展 * 高可用 ### 线程的数量是不是越多越好 不是 * 单核CPU设定多线程是否有意义 * 工作线程数是不是设置的越大越好 * 工作线程数设多少合适 $N\_{threads}= N\_{CPU}*U\_{CPU}*(1+W/C)$ * $N\_{CPU}$是处理器的核的数目，可以通过`Runtime.getRuntime.availableProcessors()`得到 * $U\_{CPU}$是期望的CPU的利用率（该值应该介于0\~1之间） * $W/C$是等待时间与计算时间的比率。 ### synchronized悲观锁与JUC乐观锁 悲观锁：总感觉有人要自己竞争，因此一直加锁。 乐观锁：总感觉没人和自己竞争，一直不设防。 synchronized本质上是一个悲观锁。 JUC的乐观锁是自旋锁，自旋锁的实现方式是通过CAS实现的。 ### CAS面试题：ABA问题 就是A被修改为B，然后又被修改为A。 （版本号/boolean） ### CAS的原子性问题 CAS操作cpu本身有指令支持-不保障原子性 ### 什么时候使用CAS，什么使用悲观锁 能使用synchronized的时候，就优先先使用syn。 JDK1.5之后，synchronized内部有锁升级过程，偏向锁-> 自旋锁（轻量级）->重量级锁（悲观排队锁）