Java多线程与高并发
2022-10-31 21:39:50 0 举报AI智能生成
Java多线程与高并发
作者其他创作
大纲/内容
Disruptor
测试工具：JMH
基本概念
数据结构
基本使用
定义事件
定义事件对象生成的工厂
定义消费者
开始使用
高频面试加分项
线程池
基础
接口说明
Executor
说明：只有一个线程执行的方法
ExecutorService
说明：完善了线程池的生命周期
JDK提供的4中线程创建方式
newCachedThreadPool
newFixedThreadPool
newSingleThreadExecutor
newScheduleThreadPool
ThreadPoolExecutor
参数介绍
corePoolSize
maxmumPoolSize
keepAliveTIme
TimeUnit
BlockQueue
ThreadFactory
RejectStrategy
常见四种策略(可自定义)
AbortPolicy()
抛出RejectedExecutionException异常（默认）
DiscardPolicy()
抛弃当前的任务
DiscardOldestPolicy()
抛弃最旧的任务（最先提交而没有得到执行的任务）
CallerRunsPolicy()
由向线程池提交任务的线程来执行该任务
线程池的五种状态
RUNNABLE
状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态，并且线程池中的任务数为0！
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
SHUTDOWN
状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
STOP
状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
TIDYING
状态切换：当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；
可以通过重载terminated()函数来实现。
可以通过重载terminated()函数来实现。
状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。
当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。
当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。
TERMINATED
状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED
ForkJoinPool
核心
基础概念
五种创建线程的方式
继承Thread类
实现Runnable接口
lambda表达式
实现Callable接口
get()
原理：方法阻塞的原理是LockSupport
线程如果被取消了（调用了cancel()方法），则获取不了结果，并抛出异常
isDone()
cancel(boolean)
true
false
isCancelled()
线程池方式
线程的常用方法
[static] sleep(ms)
线程状态 --> 等待状态
注意：但不会释放锁
[static] yield()
线程状态 --> 就绪状态
说明：将线程重新放进等待队列中
注意：但不会释放锁
join()
让该线程等待另一个线程执行
注意：会释放锁
status()
获取线程的状态
wait()与nofiy()
wait()
说明：使当前对象Object进入阻塞，并释放锁
notify()
说明：唤醒该对象Object，但不释放锁
notifyAll()
线程停止的方法
suspend()与resume()
suspend()
说明：线程暂停
resume()
说明：线程启动
线程打断（其实设置标志位）
说明：线程打断，其实就是给线程跑出打断的异常，设置打断的标志位。
interrupt()
static interrupted()
stop()
说明：线程停止
Callable和FutureTask
Callable
FutureTask
isDone()
cancel(boolean)
6种线程状态
NEW
线程刚刚创建，还没有启动
RUNABLE
可运行状态，由线程调度器可以安排执行
WAITING
等待被唤醒
TIMED WAITING
隔一段时间后自动唤醒
BLOCKED
被阻塞，正在等待锁
TERMINATED
线程结束
CAS
应用案例
JDK自带的原子类
自旋锁
LongAdder
适用：线程数量多
特点：分段锁
ABA问题
解决方案：AtomicStampedReference类
四种引用
强引用
使用案例：Person person = new Person
说明：垃圾回收机制，在发现引用的时候，不会被回收
软引用
使用案例：SoftReference<Person> person = new SoftReference<>(new Person())
说明：垃圾回收机制，且内存不够用时，会被回收
应用
缓存
弱引用
使用案例：WeakReference<Person> person = new WeakReference<>(new Person())
说明：垃圾回收机制，该对象会被立即回收
应用
一般用在容器中
ThreadLocal
虚引用
JUC同步工具
线程锁
锁的种类
偏向锁
自旋锁（CAS）、乐观锁
适用场景
线程数量少，且执行时间短
特点：占用CPU资源
重量级锁
适用场景
线程数量多，或执行时间长
分类：重入性
可重入锁
不可重入锁
读写锁
共享锁（读）
排它锁（写）
synchronized()
锁升级过程
偏向锁：给对象所，添加标识
自旋锁：CAS（自旋10次就升级）
重量级锁
特点
唯一一个能让线程进入BLOCKED状态的锁
优化
锁的细化
锁的粗化
用法
Lock
基于CAS的锁
ReenrantLock
用方
lock()
unlock()
trylock()
使用tryLock进行尝试锁定，不管锁定与否，方法都将继续执行
可以根据tryLock的返回值来判定是否锁定
也可以指定tryLock的时间，由于tryLock(time)抛出异常，所以要注意unclock的处理，必须放到finally中
可以根据tryLock的返回值来判定是否锁定
也可以指定tryLock的时间，由于tryLock(time)抛出异常，所以要注意unclock的处理，必须放到finally中
lockInterruptibly()
可以对 interrupt()方法做出相应（被打断）
newCondition()
创建新的等待队列
构造方法传入boolean值
true --> 公平锁
false --> 不公平锁（默认）
原理
ReadWriterLock
实现子类
ReentrantReadWriteLock
用法
readLock()
writeLock()
特点
volatile
用途
保证线程可见性
MESI
缓存一致性协议
禁止指令重排序
应用案例
懒汉式单例创建
对象创建NEW过程
JVM向内存申请空间
初始化成员变量
将对象赋值给相应的变量
变量应该加上 volatile
分段锁
应用案例
LongAdder
LockSupport
用法
park()
说明：让当前线程`停车`
unpark(Thread)
参数1：Thread
说明：指定某个线程`开车`
说明
1. 使用 unpark(Thread)时，该线程必须处于启动状态（start()状态），否则使用park()时，会被一直阻塞。
应用案例
线程之间的通信
CountDownLatch
说明：需要提前准备好，才能继续执行
用法
构造函数（传入整形数值）
说明：需要执行的线程数量
countDown()
说明：需要执行的线程数量 - 1
await()
说明：等待需要执行的线程数量为0的时候
CyclicBarrier
说明：需要全部准备好了，才能一起同时干活
用法
构造函数
参数1：需要多少个线程
参数2：Runnable实现类（可选）
await()
说明：n个线程准备就绪后，进行后续操作
reset()
如果没有足够多的线程，也可以，通过该方法进行执行
可以重复使用（）
原理
通过 ReentrantLock 实现锁安全，Condition 实现等待阻塞
应用
限流
运动员比赛
Phaser
说明：阶段。（CountDownLatch的升级版本）
用法
arriveAndAwaitAdvance()
说明：当前阶段还需要执行的线程数量-1
arriveAndDeregister()
说明：当前阶段且之后所有阶段需要执行的线程数量-1
arrive()
说明：当前阶段且下一个阶段需要执行的线程数量-1
案例
应用
遗传算法
Semaphore
说明：信号量
用法
构造函数
参数1：int
说明：最大允许的信号量数量
参数2：boolean（可选）
说明：指定是否是公平锁（默认false，非公平锁）
acquire()
说明：信号量 -1（当不够的时候，进入阻塞状态）
注意：不释放锁
release()
说明：信号量 +1，但如果信号量满了，不会有任何操作
应用
限流
Exchanger
说明：数据交换
用法
构造函数
指定泛型
说明：指定线程之间交换数据的类型
exchange()
说明：线程的数据之间进行交换（阻塞的）
应用
微信的摇一摇
实现原理
ThreadLocal
重要类及说明
与当前线程有关（当前线程的ThreadLocalMap有关）
注意：
在对象不再需要使用时，应该调用 remvoe() 方法
常见容器
Collection
同步容器
Vector
说明：自带锁，目前基本不用
Hashtable
CopyOnWriteList
ConcurrentHashMap
ConcurrentSkipListMap
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