Java并发编程

Segment数组

ConcurrentHashMap使用了2次散列运算，从而减少Hash冲突

size()方法——ConcurrentHashMap是如何统计元素的个数的？

第一是定位出尾节点；
第二是使用CAS算法将入队节点设置成尾节点的next节点，如不成功则重试。

❑ ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。

❑ LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。

❑ PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。

❑ DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。

❑ SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。

❑ LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。

❑ LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

通知模式

用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。

工作窃取算法

ForkJoinPool

ForkJoinTask

❑ AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
❑ AtomicInteger：原子更新整型。
❑ AtomicLong：原子更新长整型。

❑ AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
❑ AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
❑ AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。
❑ AtomicIntegerArray类主要是提供原子的方式更新数组里的整型，其常用方法如下。

❑ AtomicReference：原子更新引用类型。
❑ AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型里的字段。
❑ AtomicMarkableReference：原子更新带有标记位的引用类型。可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型。

❑ AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整型的字段的更新器。
❑ AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整型字段的更新器。
❑ AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用CAS进行原子更新时可能出现的ABA问题。

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

流量控制

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。

遗传算法

校对工作

❑ ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

❑ LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。

❑ SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于Linked-BlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。

❑ PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

❑ AbortPolicy：直接抛出异常。

❑ CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。

❑ DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。

❑ DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

execute()方法用于提交不需要返回值的任务

submit()方法用于提交需要返回值的任务

shutdown

shutdownNow

❑ 任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。

❑ 任务的优先级：高、中和低。

❑ 任务的执行时间：长、中和短。

❑ 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。

除了偏向锁，其他所都用了CAS

ABA问题：变量追加版本号

循环时间开销大：JVM支持CPU提供的pause指令进行优化

只能保证一个共享变量的原子操作：合并变量方式解决

规则


 功能：阻止编译器、处理器的重排序，保证JMM的内存可见性

共享内存：显式同步，隐式通信

消息传递：隐式同步

单线程中不改变执行结果

多线程可能影响执行结果

一个线程中的所有操作必须按照程序的顺序来执行

不管程序是否同步，所有线程都只能看到一个单一的操作执行顺序

可见性

原子性

重排序规则

内存屏障

volatile

锁

旧的实现方式是锁住总线内存；新的方式是使用缓存锁定来保证指令执行的原子性。

一，利用volatile变量的写-读所具有的内存语义。

二，利用cas所附带的volatile读和volatile写的内存语义。

1)申明共享变量为volatile

2)使用cas的原子条件更新来实现线程之间的同步。

3)配合volatile的读写和cas所具有的volatile读和写内存语义来实现线程之间的通信。

禁止编译器把域的写重排序到构造函数之外。

先读取对象引用，再读取final域的操作对象。

更多的处理核心

更快的响应时间

Java提供了良好的并发模型

范围1~10，默认是5

NEW

RUNNING

BLOCKED

WAITING

TIME WAITING

TERMINATED

在Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行；故，在构建Daemon线程时，不能依靠finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑

线程通过检查自身是否被中断来进行响应。

中断方法

不同线程状态对中断操作的反应

方法1：线程使用volatile变量标记；

方法二：使用中断标识，判断中断状态为true，跳出循环

volatile可以保证内存的可见性

synchronized则要线程竞争锁

经典范式

在当前线程中，让另外一个线程(执行join的线程)执行完毕后，再进行当前线程的逻辑

ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构

线程池的本质就是使用了一个线程安全的工作队列连接工作者线程和客户端线程，客户端线程将任务放入工作队列后便返回，而工作者线程则不断地从工作队列上取出工作并执行。当工作队列为空时，所有的工作者线程均等待在工作队列上，当有客户端提交了一个任务之后会通知任意一个工作者线程，随着大量的任务被提交，更多的工作者线程会被唤醒。

Tomcat、jetty等都有线程池技术的应用

时序图

尝试非阻塞的获取锁

能被中断地获取锁

超时获取锁

int变量标识同步状态

通过内置的FIFO队列完成资源获取线程的排队工作

访问或修改同步状态

同步器可重写的方法

同步器提供的模板方法

独占式同步状态获取流程

共享式同步状态获取与释放

独占式超时获取同步状态的流程

自定义同步组件——TwinsLock

等待状态

ReentrantLock

ReentrantReadWriteLock

Semaphore

CountDownLatch

ThreadPoolExecotor

AQS子类的tryAcquire和tryRelease的实现

支持一个线程对资源的重复加锁

加锁的时，已经有锁，state值不断累加

释放锁时，state不算减少，直到为0

非公平锁

公平锁

读写锁维护了一对锁，一个读锁和一个写锁。在同一时刻可以允许多个读线程访问；但是在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程均被阻塞

读多写少

可以支持更高的并发

ReentrantReadWriteLock

ReentrantLock中非公平锁与公平锁的性能测试

功能：blocker是用来标识当前线程在等待的对象（以下称为阻塞对象），该对象主要用于问题排查和系统监控

有界队列

jdk1.8中有2个实现