JUC
2021-02-28 14:39:15 165 举报AI智能生成
JUC（Java Concurrency Utilities）是Java并发工具包，提供了一组用于多线程编程的实用类和接口。它包括了各种同步器（如锁、信号量等）、线程池、异步任务执行框架以及一些高级并发数据结构。JUC旨在简化Java多线程编程，提高程序性能和可扩展性。通过使用JUC，开发人员可以更容易地实现线程安全的数据结构和算法，避免死锁和竞争条件等问题。总之，JUC是Java程序员在处理并发问题时必不可少的工具包。
作者其他创作
大纲/内容
synchronized
性质
可重入锁，非公平锁，悲观锁，自旋锁
使用
对象，方法，代码块；
锁现象
锁普通方法时，该对象的普通同步方法共用一把锁
锁静态方法时，锁类信息，同步静态方法共用一把锁，与普通同步方法不共享锁
锁代码块时，锁synchronized括号内的对象
无锁的方法调用时不会阻塞
注意：1.锁对象时，同一个类的不同实例拥有不同的锁，不会相互阻塞
2.锁类信息时，类和对象拥有不同的锁，不会相互阻塞
3.一个对象只有一个监视器锁，假如该对象拥有多个synchronized修饰的普通方法，当一个线程正在访问其中的一个同步方法时，其他线程无法访问该对象的其他同步方法
锁静态方法时，锁类信息，同步静态方法共用一把锁，与普通同步方法不共享锁
锁代码块时，锁synchronized括号内的对象
无锁的方法调用时不会阻塞
注意：1.锁对象时，同一个类的不同实例拥有不同的锁，不会相互阻塞
2.锁类信息时，类和对象拥有不同的锁，不会相互阻塞
3.一个对象只有一个监视器锁，假如该对象拥有多个synchronized修饰的普通方法，当一个线程正在访问其中的一个同步方法时，其他线程无法访问该对象的其他同步方法
原理
jvm基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步
方法级的同步是隐式，即无需通过字节码指令来控制的，它实现在方法调用和返回操作之中。JVM可以从方法常量池中的方法表结构(method_info Structure) 中的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志区分一个方法是否同步方法。当方法调用时，调用指令将会 检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先持有monitor（虚拟机规范中用的是管程一词）， 然后再执行方法，最后再方法完成(无论是正常完成还是非正常完成)时释放monitor
代码块的同步是利用monitorenter和monitorexit这两个字节码指令。它们分别位于同步代码块的开始和结束位置。当jvm执行到monitorenter指令时，当前线程试图获取monitor对象的所有权，如果未加锁或者已经被当前线程所持有，就把锁的计数器+1；当执行monitorexit指令时，锁计数器-1；当锁计数器为0时，该锁就被释放了。如果获取monitor对象失败，该线程则会进入阻塞状态，直到其他线程释放锁
对象
组成
对象头，实例数据，对齐数据 +用户自定义属性
实例数据：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息，如果是数组的实例部分还包括数组的长度，这部分内存按4字节对齐
填充数据：由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐
对象头：Mark Word +指向对象类型数据的指针+数组长度（如果是数组对象的话，有这一部分，否则没有）
优化
JDK 1.6进行锁优化
锁可以升级但不能降级
锁可以升级但不能降级
无锁状态
偏向锁状态
偏向锁的获取：
判断是否为可偏向状态
如果为可偏向状态，则判断线程ID是否是当前线程，如果是进入同步块；
如果线程ID并未指向当前线程，利用CAS操作竞争锁，如果竞争成功，将Mark Word中线程ID更新为当前线程ID，进入同步块
如果竞争失败，等待全局安全点，准备撤销偏向锁，根据线程是否处于活动状态，决定是转换为无锁状态还是升级为轻量级锁。
判断是否为可偏向状态
如果为可偏向状态，则判断线程ID是否是当前线程，如果是进入同步块；
如果线程ID并未指向当前线程，利用CAS操作竞争锁，如果竞争成功，将Mark Word中线程ID更新为当前线程ID，进入同步块
如果竞争失败，等待全局安全点，准备撤销偏向锁，根据线程是否处于活动状态，决定是转换为无锁状态还是升级为轻量级锁。
偏向锁的释放：
偏向锁使用了遇到竞争才释放锁的机制。偏向锁的撤销需要等待全局安全点，然后它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后判断线程是否还活着，如果线程还活着，则升级为轻量级锁，否则，将锁设置为无锁状态。
轻量级锁
加锁过程：
在代码进入同步块的时候，如果此对象没有被锁定（锁标志位为“01”状态），虚拟机首先在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储对象目前Mark Word的拷贝（官方把这份拷贝加了一个Displaced前缀，即Displaced Mark Word）。然后虚拟机使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向锁记录（Lock Record）的指针。如果更新成功，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象的Mark Word标志位转变为“00”，即表示此对象处于轻量级锁定状态；如果更新失败，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块中执行，否则说明这个锁对象已经被其他线程占有了。如果有两条以上的线程竞争同一个锁，那轻量级锁不再有效，要膨胀为重量级锁，锁标志变为“10”，Mark Word中存储的就是指向重量级锁的指针，而后面等待的线程也要进入阻塞状态
在代码进入同步块的时候，如果此对象没有被锁定（锁标志位为“01”状态），虚拟机首先在当前线程的栈帧中建立一个名为锁记录（Lock Record）的空间，用于存储对象目前Mark Word的拷贝（官方把这份拷贝加了一个Displaced前缀，即Displaced Mark Word）。然后虚拟机使用CAS操作尝试将对象的Mark Word更新为指向锁记录（Lock Record）的指针。如果更新成功，那么这个线程就拥有了该对象的锁，并且对象的Mark Word标志位转变为“00”，即表示此对象处于轻量级锁定状态；如果更新失败，虚拟机首先会检查对象的Mark Word是否指向当前线程的栈帧，如果说明当前线程已经拥有了这个对象的锁，那就可以直接进入同步块中执行，否则说明这个锁对象已经被其他线程占有了。如果有两条以上的线程竞争同一个锁，那轻量级锁不再有效，要膨胀为重量级锁，锁标志变为“10”，Mark Word中存储的就是指向重量级锁的指针，而后面等待的线程也要进入阻塞状态
解锁过程：
如果对象的Mark Word仍然指向线程的锁记录，那就用CAS操作将对象当前的Mark Word与线程栈帧中的Displaced Mark Word交换回来，如果替换成功，整个同步过程就完成了。如果替换失败，说明有其他线程尝试过获取该锁，那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。
如果没有竞争，轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销，但如果存在竞争，除了互斥量的开销外，还额外发生了CAS操作，因此在有竞争的情况下，轻量级锁比传统重量级锁开销更大。
如果对象的Mark Word仍然指向线程的锁记录，那就用CAS操作将对象当前的Mark Word与线程栈帧中的Displaced Mark Word交换回来，如果替换成功，整个同步过程就完成了。如果替换失败，说明有其他线程尝试过获取该锁，那就要在释放锁的同时，唤醒被挂起的线程。
如果没有竞争，轻量级锁使用CAS操作避免了使用互斥量的开销，但如果存在竞争，除了互斥量的开销外，还额外发生了CAS操作，因此在有竞争的情况下，轻量级锁比传统重量级锁开销更大。
重量级锁
Synchronized的重量级锁是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的，监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock（互斥锁）来实现的。而操作系统实现线程之间的切换需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因
线程的创建
继承 Thread类
实现 Runnable接口
无返回值
不能抛出异常
实现run 方法
实现 Callable 接口
有返回值
可以抛出异常
实现 call 方法
线程池创建 Executors【不推荐】
作用：线程复用、可控制最大并发数、管理线程
作用：线程复用、可控制最大并发数、管理线程
四大方法
Executors.newSingleThreadExecutor() 单例线程池
Executors.newFixedThreadPool(5) 固定线程池
newCachedThreadPool() 缓存（收缩）线程池：用则新建，不用则回收
Executors.newScheduledThreadPool(5) 周期线程池:创建一个固定大小线程池，可以定时或周期性的执行任务
七大参数
int corePoolSize
核心线程数
int maximumPoolSize
最大线程数
long keepAliveTime
超时时间
TimeUnit unit
时间单位
BlockingQueue<Runnable> workQueue
缓存队列，存放等待执行的线程
ThreadFactory threadFactory
线程工厂，用于创建线程
RejectedExecutionHandler handler
拒绝策略
四种拒绝策略
AbortPolicy：拒绝任务，并抛出异常，为默认的策略
DiscardPolicy：抛弃当前任务，无异常
DiscardOldestPolicy：抛弃最老的任务，保留刚进来的任务
CallerRunsPolicy：给调用线程池的线程执行任务：A线程调用线程池执行任务，任务满时，溢出的任务交给 A线程去执行，而不是线程池去执行
自定义线程池【推荐】
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler)
Executors 不推荐使用原因
newSingleThreadExecutor()，newFixedThreadPool(）默认了缓存队列的最大长度为 Integer.MAX_VALUE 会造成 OOM
newCachedThreadPool(),Executors.newScheduledThreadPool() 默认了最大线程数为Integer.MAX_VALUE 会造成 OOM
队列 BlockingQueue
ArrayBlockingQueue
数组阻塞队列
DelayQueue
双端队列
LinkedBlockingQueue
链表阻塞队列
SynchronousQueue
没有容量设置，只能存放一个元素
工具类
线程安全容器类
List list= new CopyOnWriteArrayList<>()
Set set = new CopyOnWriteArraySet<>()
Map<String, Object> map = new ConcurrentHashMap<>()
线程同步类
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3)
countDownLatch.countDown();// 减一
countDownLatch.await();//线程阻塞，当计数器归零候会继续执行
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> {
System.out.println("龙珠集齐，召唤神龙");
});
System.out.println("龙珠集齐，召唤神龙");
});
cyclicBarrier.await();//等待
cyclicBarrier.reset();//重置
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);//信号量
semaphore.acquire();//获取，占用
semaphore.release();//释放
semaphore与线程池最主要的区别：线程池除了控制了并发量，还实现了线程的复用，集中管理线程。semaphore只是控制了并发数
原子类
AtomicInteger: 原子更新整型
int addAndGet(int delta): 以原子的方式将输入的数值与实例中的值相加，并返回结果
boolean compareAndSet(int expect, int update): 如果输入的值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值
nt getAndIncrement(): 以原子的方式将当前值加1，注意，这里返回的是自增前的值
void lazySet(int newValue): 最终会设置成newValue,使用lazySet设置值后，可能导致其他线程在之后的一小段时间内还是可以读到旧的值。
int getAndSet(int newValue): 以原子的方式设置为newValue,并返回旧值
AtomicBoolean: 原子更新布尔类型
AtomicLong: 原子更新长整型
AtomicIntegerArray: 原子更新整型数组里的元素
get(int index)：获取索引为index的元素值
compareAndSet(int i,E expect,E update): 如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置为update值
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
锁
读写锁
ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock()
可重入锁
Lock lock = new ReentrantLock();
锁监视器
Condition condition = lock.newCondition();//这把锁的监视器
四大函数式接口（必须掌握）
- lambda表达式
- 链式编程
- 函数式接口
- Stream流式计算
定义：有且仅有一个抽象方法的接口
注解：@FunctionalInterface
注解：@FunctionalInterface
Function 函数型
输入T , 输出 R
输入T , 输出 R
Predicate 断定型
输入T , 输出Boolean
输入T , 输出Boolean
Comsumer 消费型
输入T ,无输出
输入T ,无输出
Supplier 供给型
无输入，输出 T
无输入，输出 T
Stream 流式编程
案例
流和迭代器类似，只能迭代一次
常见方法
stream() / parallelStream() 将集合转换为流/并行流
filter(T -> boolean) 保留 boolean 为 true 的元素
distinct() 去除重复元素
这个方法是通过类的 equals 方法来判断两个元素是否相等的
如例子中的 Person 类，需要先定义好 equals 方法，不然类似[Person{name='jack', age=20}, Person{name='jack', age=20}] 这样的情况是不会处理的。
如例子中的 Person 类，需要先定义好 equals 方法，不然类似[Person{name='jack', age=20}, Person{name='jack', age=20}] 这样的情况是不会处理的。
sorted() / sorted((T, T) -> int)
如果流中的元素的类实现了 Comparable 接口，即有自己的排序规则，那么可以直接调用 sorted() 方法对元素进行排序，如 Stream
反之, 需要调用 sorted((T, T) -> int) 实现 Comparator 接口
反之, 需要调用 sorted((T, T) -> int) 实现 Comparator 接口
limit(long n) 返回前 n 个元素
skip(long n) 去除前 n 个元素
map(T -> R) 输入元素 T ，返回 R
flatMap(T -> Stream) 将流中的每一个元素 T 映射为一个流，再把每一个流连接成为一个流
anyMatch(T -> boolean) 流中是否有一个元素匹配给定的 T -> boolean 条件
allMatch(T -> boolean) 流中是否所有元素都匹配给定的 T -> boolean 条件
noneMatch(T -> boolean) 流中是否没有元素匹配给定的 T -> boolean 条件
findAny() 找到其中一个元素
findFirst() 找到第一个元素
reduce((T, T) -> T) 和 reduce(T, (T, T) -> T) 归约是将集合中的所有元素经过指定运算，折叠成一个元素输出，如：求最值、平均数等，这些操作都是将一个集合的元素折叠成一个元素输出
count() 返回流中元素个数，结果为 long 类型
collect() 返回集合 常用 collect(toList())，collect(toSet())
forEach()
unordered()
ForkJoin
任务拆分思想
ForkJoinPool
ForkJoinTask
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并发编程三要素
原子性
一个或者多个操作，要么全部执行并且在执行的过程中不被其他操作打断，要么就全部都不执行
可见性
多个线程操作一个共享变量时，其中一个线程对变量进行修改后，其他线程可以立即看到修改的结果
有序性
程序的执行顺序按照代码的先后顺序来执行
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