JUC

JUC：并发工具包java.util.concurrent

基本使用

lock与synchronized区别

  • lock是工具包，synchronized是java关键字
  • lock需要手动释放锁，synchronized由jvm管理
  • lock支持悲观锁/乐观锁，取消/退出机制，synchronized是非公平锁，不支持取消/退出机制
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Lock 锁接口
    ReentrantLock    可重入锁，默认悲观锁
        构造：
        new ReentrantLock(true)  创建锁对象时，设置为乐观锁
        方法：
        tryLock()   尝试获取锁，获取成功返回true，获取失败返回false，避免阻塞过久
        tryLock(long,TimeUnit)   在设定时间内尝试获取锁，获取成功返回true，获取失败返回false
ReadWriteLock 读写锁接口
    ReentrantReadWriteLock   读写锁，支持锁降级
        构造：
        new ReentrantReadWriteLock()
        方法：
        readLock().lock();   读锁
        writeLock().lock();  写锁

TimeUnit 封装后的Thread.sleep支持各种单位，是一个枚举类，内置各种单位对象，之后可以调用sleep

线程通信

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Condition 用来控制线程交互
    构造：
    lock.newCondition()  创建锁对应的Condition，可以构造多个Condition实现精准操作
    方法：
    Condition.await()    用来阻塞线程，使线程睡眠
    Condition.signal()   唤醒当前对象的await()阻塞线程
    Condition.signalAll()  用来唤醒所有线程

集合类

  • CopyOnWriteArrayList 线程安全的ArrayList，读写分离，写时复制(写操作为：获取数组，复制数组长度加一，写入数据，更换原数组),适用于读多写少的场景
  • CopyOnWriteHashSet 线程安全的HashSet
  • ConcurrentHashMap 线程安全的HashMap，采用分段锁，写操作只锁局部的节点

辅助类

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CountDownLatch(减少计数)：经过一定数量的计数释放await
    构造：
    new CountDownLatch(10)  计数阈值
    方法：
    countDown()  每次经过进行计数
    await()      线程等待，待减法计数完毕等待失效
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CyclicBarrier(循环栅栏)
    构造：
    new CyclicBarrier(int parties，Runnable runnable)
    方法
    await()    线程等待，待加法计数完成后等待失效，并启动配置的Runnable线程
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Semaphore(信号灯)
    构造：
    new Semaphore(10)  上限阈值，acquire()时获取一个信号，release()时恢复一个信号
    方法：
    acquire()   获取信号，信号不足时阻塞线程
    release()   释放信号，唤醒其他线程

CAS(Compare and Swap)

  • 由硬件完成的原子操作，不加锁。
  • 具有三个操作数，内存地址，预期的原值，新值。
  • 使用内存地址获取值，比较与原值是否一致，一致则改为新值，否则不做操作，重试。
  • CAS是cpu原语，原语的执行是连续的且不可被中断，在操作系统层面保证了一致。
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java.util.concurrent.atomic包中:
    AtomicInteger  原子性的Integer，在不加synchronized锁的情况下保证线程安全，使用CAS实现
    Atomic...    其他原子性的类型

缺点

  • 只能保证当前对象的原子操作
  • 由于每次只有一个可以成功，并发量大时cpu压力非常大
  • CAS只能保证数据不被更改，但不能发现数据的ABA操作，例如将数据改成另一个值然后再改回来

Unsafe

可以直接操作特定内存的数据，类似c++的指针

Callable接口

与Runnable对比

  • Callable有返回值，接口指定泛型；Runnable没有返回值
  • Callable实现方法call，Runnable实现方法run
  • Callable有抛异常，Runnable没有抛异常

FutureTask适配器

说明：

FutureTask实现了RunnableFutureTask接口，RunnableFuture接口继承了Runnable和Future接口，是Runnable和Callable的适配器

构造：

new FutureTask(Callable callable) 将Callable适配到FutureTask中，再由FutureTask建立线程执行

方法：

get() 获取Callable的返回值，在返回之前阻塞线程，只计算一次，后续将缓存结果

BlockingQueue阻塞队列

说明：

当达到一定条件时阻塞队列，达到一定条件时唤醒队列，比起wait/notify我们只需要定义条件即可。

分类：

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ArrayBlockingQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列
LinkedBlockingQueue：由链表结构组成的有界(默认大小Integer.MAX_VALUE)阻塞队列
PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列
DelayQueue：使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列
SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列
LinkedTransFerQueue：由链表组成的无界阻塞队列
LinkedBlockingDeque：由链表组成的双向阻塞队列

方法：

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     抛出异常       特殊值      阻塞        超时
插入   add(e)      offer(e)    put(e)  offer(e,time,unit)
移除   remove()    poll()      take()  poll(time,unit)
检查   element()   peek()      不可用   不可用
抛出异常：当阻塞队列满时，add插入元素会抛IllegalStateException:Queue full
         当阻塞队列空时，remove一处元素会抛NoSuchElementException
特殊值：插入方法，成功true，失败false
        移除方法，成功返回出队列的元素，队列没有元素返回null
一直阻塞：当阻塞队列满时，生产者线程继续往队列里put元素，队列回一直阻塞生产者线程知道put数据或想要中断退出。
         当阻塞队列空时，消费者线程试图从队列里take元素，队列会一直阻塞消费者线程知道队列可用。
超时退出：当阻塞队列满时，队列会阻塞生产者线程一定时间，超过时间后生产者线程会退出

ThreadPool线程池

核心参数

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1.核心线程数
2.最大线程数
3.非核心线程空闲超时时间
4.空闲超时时间单位
5.工作队列
6.线程工厂，用于创建线程的工厂
7.拒绝策略

执行流程

有任务时查看是否有线程空闲，没有线程空闲查看核心线程是否达到上限，没有达到上限创建核心线程执行，达到上限时查看工作区是否装满，未装满放到工作区，装满时查看线程数量是否达到上限，没有达到上限时创建非核心线程执行当前任务(工作区满之后触发创建非核心线程的任务)，达到上限执行拒绝策略。

JDK内置的拒绝策略

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AbortPolicy          抛出异常RejectedExecutionException
CallerRunsPolicy     将任务退回给提供者运行
DiscardPolicy        丢弃任务
DiscardOldestPolicy  丢弃工作区中等待最久的任务

API

ThreadPoolExecutor 线程池实现类(推荐使用，自定义参数)
构造：

new ThreadPoolExecutor(核心线程数,最大线程,非核心线程空闲超时时间,空闲超时时间单位,工作队列,线程工厂,拒绝策略)
例：new ThreadPoolExecutor(2,5,1L,TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(20),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

Executors 线程池工具类(不推荐使用)
构造：

Executors.newFixedThreadPool(4); 固定4个线程的线程池，不写默认1个线程。
Executors.newCachedThreadPool(); 不定长的线程池。

方法：

submit() 有返回值的执行，有各种重载参数
execute() 无返回值的执行，有各种重载参数
shutdown() 销毁线程池

锁降级

在写锁操作中获取读锁，保证能够第一时间读取到写入内容，并保证读取期间不被其他写入。而后进行释放写锁，读锁。

其他

对于线程数量的设置，如果是cpu密集型推荐(cpu核数+1)，如果是I/O密集型(cpu核数*(1+平均等待时间/平均执行时间)) 或(cpu核数*2)