并發(fā)
最近重新復習了一邊并發(fā)的知識撼港，發(fā)現(xiàn)自己之前對于并發(fā)的了解只是皮毛茫蛹。這里總結(jié)以下Java并發(fā)需要掌握的點猖吴。
使用并發(fā)的一個重要原因是提高執(zhí)行效率憔恳。由于I/O等情況阻塞瓤荔，單個任務并不能充分利用CPU時間。所以在單處理器的機器上也應該使用并發(fā)钥组。
為了實現(xiàn)并發(fā)输硝，操作系統(tǒng)層面提供了多進程。但是進程的數(shù)量和開銷都有限制程梦，并且多個進程之間的數(shù)據(jù)共享比較麻煩点把。另一種比較輕量的并發(fā)實現(xiàn)是使用線程，一個進程可以包含多個線程屿附。線程在進程中沒有數(shù)量限制, 數(shù)據(jù)共享相對簡單郎逃。線程的支持跟語言是有關(guān)系的。Java 語言中支持多線程拿撩。
Java 中的多線程是搶占式的衣厘。這意味著一個任務隨時可能中斷并切換到其它任務。所以我們需要在代碼中足夠的謹慎压恒，防范好這種切換帶來的副作用影暴。
基礎
Runnable 它可以理解成一個任務。它的run()方法就是任務的邏輯探赫，執(zhí)行順序型宙。
Thread 它是一個任務的載體，虛擬機通過它來分配任務執(zhí)行的時間片伦吠。
Thread中的start方法可以作為一個并發(fā)任務的入口妆兑。不通過start方法來執(zhí)行任務，那么run方法就只是一個普通的方法
線程的狀態(tài)有四種：
- NEW 線程創(chuàng)建的時候短暫的處于這種狀態(tài)毛仪。這種狀態(tài)下已經(jīng)可以獲得CPU時間了搁嗓，隨后可能進入RUNNABLE，BLOCKED狀態(tài)箱靴。
- RUNNABLE 此狀態(tài)下只要CPU將時間分配給線程腺逛，線程中的任務就可以執(zhí)行。隨后可能進入BLOCKED衡怀，DEAD狀態(tài)棍矛。
- BLOCKED 線程可以運行安疗，但是有某個條件阻止著它。當線程處于阻塞狀態(tài)時够委，CPU不會分配時間片給它荐类，直到它重新進入RUNNABLE狀態(tài)。
- DEAD 此狀態(tài)的線程將永遠不會獲得CPU時間片茁帽。通常是因為run()方法返回才會到達此狀態(tài)玉罐。此時任務還是可以被中斷的。
Callable<T> 它是一個帶返回的異步任務脐雪，返回的結(jié)果放到一個Future對象中厌小。
Future<T> 它可以接受Callable任務的返回結(jié)果。在任務沒有返回的時候調(diào)用get方法會阻塞當前線程战秋。cancel方法會嘗試取消未完成的任務（未執(zhí)行->直接不執(zhí)行璧亚，已經(jīng)完成->返回false,正在執(zhí)行->嘗試中斷）。
FutureTask<T> 同時繼承了Runnable, Callable 接口脂信。
Java 1.5之后癣蟋，不再推薦直接使用Thread對象作為任務的入口。推薦使用Executor管理Thread對象狰闪。Executor是線程與任務之間的的一個中間層疯搅，它屏蔽了線程的生命周期，不再需要顯式的管理線程埋泵。并且ThreadPoolExecutor 實現(xiàn)了此接口幔欧，我們可以通過它來利用線程池的優(yōu)點。
線程池涉及到的類有：Executor, ExecutorService, ThreadExecutorPool, Executors, FixedThreadPool, CachedThreadPool, SingleThreadPool丽声。
Executor 只有一個方法礁蔗，execute來提交一個任務
ExecutorService 提供了管理異步任務的方法，也可以產(chǎn)生一個Future對象來跟蹤一個異步任務雁社。
主要的方法如下:
-
submit可以提交一個任務 -
shutdown可以拒絕接受新任務 -
shutdownNow可以拒絕新任務并向正在執(zhí)行的任務發(fā)出中斷信號 -
invokeXXX批量執(zhí)行任務
ThreadPoolExecutor 線程池的具體實現(xiàn)類浴井。線程池的好處在于提高效率，能避免頻繁申請/回收線程帶來的開銷霉撵。
它的使用方法復雜一些磺浙，構(gòu)造線程池的可選參數(shù)有:
- corePoolSize : int 工作的Worker的數(shù)量。
- maximumPoolSize : int 線程池中持有的Worker的最大數(shù)量
- keepAliveTime : long 當超過Workder的數(shù)量corePoolSize的時候徒坡，如果沒有新的任務提交撕氧，超過corePoolSize的Worker的最長等待時間。超過這個時間之后喇完，一部分Worker將被回收呵曹。
- unit : TimeUnit keepAliveTime的單位
- workQueue : BlockingQueue 緩存任務的隊列, 這個隊列只緩存提交的Runnable任務。
- threadFactory : ThreadFactory 產(chǎn)生線程的“工廠”
- handler : RejectedExecutionHandler 當一個任務被提交的時候何暮，如果所有Worker都在工作并且超過了緩存隊列的容量的時候奄喂。會交給這個Handler處理。Java 中提供了幾種默認的實現(xiàn)海洼，AbortPolicy, CallerRunsPolicy, DiscardOldestPolicy, DiscardPolicy跨新。
這里的Worker可以理解為一個線程。
這里之前想不通坏逢，覺得線程不可能重新利用綁定新任務域帐。看了下源碼發(fā)現(xiàn)原來確實不是重新綁定任務是整。每一個Worker的核心部分只是一個循環(huán)肖揣，不斷從緩存隊列中取任務執(zhí)行。這樣達到了重用的效果浮入。
final void runWorker(Worker w) {
Runnable task = w.firstTask;
// ...
try {
while(task != null || (task=getTask())!=null) {
try{
task.run();
} catch(Exception e){
}
// ...
}
} finally {
// ...
}
// ...
}
Executors類提供了幾種默認線程池的實現(xiàn)方式龙优。
-
CachedThreadExecutor工作線程的數(shù)量沒有上限(Integer的最大值), 有需要就創(chuàng)建新線程。 -
FixedThreadExecutor預先一次分配固定數(shù)量的線程事秀，之后不再需要創(chuàng)建新線程彤断。 -
SingleThreadExecutor只有一個線程的線程池。如果提交了多個任務易迹，那么這些人物將排隊宰衙，每個任務都在上一個人物執(zhí)行完之后執(zhí)行。所有任務都是按照它們的提交順序執(zhí)行的睹欲。
sleep(long) 當前線程 中止 一段時間供炼。它不會釋放鎖。Java1.5之后提供了更加靈活的版本窘疮。
TimeUnit 可以指定睡眠的時間單位袋哼。
優(yōu)先級 絕大多數(shù)情況下我們都應該使用默認的優(yōu)先級。不同的虛擬機中對應的優(yōu)先級級別的總數(shù)考余，一般用三個就可以了 MAX_PRIORITY, NORM_PRIORITY, MIN_PRIORITY先嬉。
讓步 Thread.yield()建議相同優(yōu)先級的其它線程先運行，但是不保證一定運行其它線程楚堤。
后臺線程 一個進程中的所有非后臺線程都終止的時候整個進程也就終止疫蔓，同時殺死所有后臺線程。與優(yōu)先級沒有什么關(guān)系身冬。
join() 線程 A 持有線程T衅胀，當在線程T調(diào)用T.join()之后，A會阻塞酥筝，直到T的任務結(jié)束滚躯。可以加一個超時參數(shù)，這樣在超時之后線程A可以放棄等待繼續(xù)執(zhí)行任務掸掏。
捕獲異常 不能跨線程捕獲異常茁影。比如說不能在main線程中添加try-catch塊來捕獲其它線程中拋出的異常。每一個Thread對象都可以設置一個UncaughtExceptionHandler對象來處理本線程中拋出的異常丧凤。線程池中可以通過參數(shù)ThreadFactory來為每一個線程設置一個UncaughtExceptionHandler對象募闲。
訪問共享資源
在處理并發(fā)的時候，將變量設置為private非常的重要愿待，這可以防止其它線程直接訪問變量浩螺。
synchronized 修飾方法在不加參數(shù)情況下，使用對象本身作為鎖仍侥。靜態(tài)方法使用Class對象作為鎖要出。同一個任務可以多次獲得對象鎖。
顯式鎖 Lock农渊，相比synchronized更加靈活患蹂。但是需要的代碼更多，編寫出錯的可能性也更高腿时。只有在解決特殊問題或者提高效率的時候才用它况脆。
原子性 原子操作就是永遠不會被線程切換中斷的操作。很多看似原子的操作都是非原子的批糟，比如說long,double是由兩個byte表示的格了，它們的所有操作都是非原子的。所以徽鼎，涉及到并發(fā)異常的地方都加上同步吧盛末。除非你對虛擬機十分的了解。
volatile 這個關(guān)鍵字的作用在于防止多線程環(huán)境下讀取變量的臟數(shù)據(jù)否淤。這個關(guān)鍵字在c語言中也有悄但，作用是相同的。
原子類 AtomicXXX類石抡，它們能夠保證對數(shù)據(jù)的操作是滿足原子性的檐嚣。這些類可以用來優(yōu)化多線程的執(zhí)行效率，減少鎖的使用啰扛。然而嚎京，使用難度還是比較高的。
臨界區(qū) synchronized關(guān)鍵字的用法隐解。不是修飾整個方法鞍帝，而是修飾一個代碼塊。它的作用在于盡量利用并發(fā)的效率煞茫，減少同步控制的區(qū)域帕涌。
ThreadLocal 這個概念與同步的概念不同摄凡。它是給每一個線程都創(chuàng)建一個變量的副本，并保持副本之間相互獨立蚓曼，互不干擾亲澡。所以各個線程操作自己的副本，不會產(chǎn)生沖突辟躏。
終結(jié)任務
這里我講一下自己當前的理解谷扣。
一個線程不是可以隨便中斷的。即使我們給線程設置了中斷狀態(tài)捎琐，它也還是可以獲得CPU時間片的。只有因為sleep()方法而阻塞的線程可以立即收到InterruptedException異常裹匙，所以在sleep中斷任務的情況下可以直接使用try-catch跳出任務瑞凑。其它情況下，均需要通過判斷線程狀態(tài)來判斷是否需要跳出任務(Thread.interrupted()方法)概页。
synchronized方法修飾的代碼不會在收到中斷信號后立即中斷籽御。ReentrantLock鎖控制的同步代碼可以通過InterruptException中斷。
Thread.interrupted方法調(diào)用一次之后會立即清空中斷狀態(tài)惰匙〖继停可以自己用變量保存狀態(tài)。
線程協(xié)作
wait/notifyAll wait/notifyAll是Object類中的方法项鬼。調(diào)用wait/notifyAll方法的對象是互斥對象哑梳。因為Java中所有的Object都可以做互斥量(synchronized關(guān)鍵字的參數(shù)),所以wait/notify方法是在Object類中的。
wait與sleep 不同在于sleep方法是Thread類中的方法绘盟，調(diào)用它的時候不會釋放鎖鸠真；wait方法是Object類中的方法，調(diào)用它的時候會釋放鎖龄毡。
調(diào)用wait方法之前吠卷，當前線程必須持有這段邏輯的鎖。否則會拋出異常沦零，不能繼續(xù)執(zhí)行祭隔。
wait方法可以將當前線程放入等待集合中，并釋放當前線程持有的鎖路操。此后疾渴，該線程不會接收到CPU的調(diào)度，并進入休眠狀態(tài)寻拂。有四種情況肯能打破這種狀態(tài)：
- 有其它線程在此互斥對象上調(diào)用了notify方法程奠，并且剛好選中了這個線程被喚醒；
- 有其它線程在此互斥對象上調(diào)用了notifyAll方法祭钉；
- 其它線程向此線程發(fā)出了中斷信號瞄沙；
- 等待時間超過了參數(shù)設置的時間。
線程一旦被喚醒之后，它會像正常線程一樣等待之前持有的所有鎖距境。直到恢復到wait方法調(diào)用之前的狀態(tài)申尼。
還有一種不常見的情況，spurious wakeup(虛假喚醒)垫桂。就是在沒有notify师幕，notifyAll，interrupt的時候線程自動醒來诬滩。查了一些資料并沒有弄清楚是為什么霹粥。不過為了防止這種現(xiàn)象，我們要在wait的條件上加一層循環(huán)疼鸟。
當一個線程調(diào)用wait方法之后后控，其它線程調(diào)用該線程的interrupt方法空镜。該線程會喚醒浩淘，并嘗試恢復之前的狀態(tài)。當狀態(tài)恢復之后吴攒，該線程會拋出一個異常张抄。
notify 喚醒一個等待此對象的線程。
notifyAll 喚醒所有等待此對象的線程洼怔。
錯失的信號
當兩個線程使用notify/wait或者notifyAll/wait進行協(xié)作的時候署惯，不恰當?shù)氖褂盟鼈兛赡軙е乱恍┬盘杹G失。例子：
T1:
synchronized(shareMonitor){
// set up condition for T2
shareMonitor.notify();
}
T2:
while(someCondition){
// Point 1
synchronized(shareMonitor){
shareMonitor.wait();
}
}
信號丟失是這樣發(fā)生的：
當T2執(zhí)行到Point1的時候茴厉，線程調(diào)度器將工作線程從T2切換到T1泽台。T1完成T2條件的設置工作之后，線程調(diào)度器將工作線程從T1切換回T2矾缓。雖然T2線程等待的條件已經(jīng)滿足怀酷，但還是會被掛起。
解決的方法比較簡單：
T2:
synchronized(sharedMonitor) {
while(someCondition) {
sharedMonitor.wait();
}
}
將競爭條件放到while循環(huán)的外面即可嗜闻。在進入while循環(huán)之后蜕依，在沒有調(diào)用wait方法釋放鎖之前，將不會進入到T1線程造成信號丟失琉雳。
notify & notifyAll 前面已經(jīng)提過這兩個方法的區(qū)別样眠。notify是隨機喚醒一個等待此鎖的線程，notifyAll是喚醒所有等待此鎖的線程翠肘。
Condition 他是concurrent類庫中顯式的掛起/喚醒任務的工具檐束。它是真正的鎖(Lock)對象產(chǎn)生的一個對象。其實用法跟wait/notify是一致的束倍。await掛起任務被丧，signalAll()喚醒任務盟戏。
生產(chǎn)者消費者隊列 Java中提供了一種非常簡便的容器，BlockingQueue甥桂。已經(jīng)幫你寫好了阻塞式的隊列柿究。
除了BlockingQueue，使用PipedWriter/PipedReader也可以方便的在線程之間傳遞數(shù)據(jù)黄选。
死鎖
死鎖有四個必要條件蝇摸，打破一個即可去除死鎖。
四個必要條件：
- 互斥條件办陷。 互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用貌夕。
- 請求與保持條件：一個線程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放懂诗。
- 不剝奪條件:線程已獲得的資源蜂嗽，在末使用完之前，不能強行剝奪殃恒。
- 循環(huán)等待條件:若干線程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。
本來自己翻譯辱揭，但發(fā)現(xiàn)百度上描述的更好一些离唐，直接copy到這里來，并把進程換成了線程问窃。
其它工具
CountDownLatch 同步多個任務亥鬓，強制等待其它任務完成。它有兩個重要方法countDown,await以及構(gòu)造時傳入的參數(shù)SIZE域庇。當一個線程調(diào)用await方法的時候會掛起嵌戈，直到該對象收到SIZE次countDown。一個對象只能使用一次听皿。
CyclicBarrier 也是有一個SIZE參數(shù)熟呛。當有SIZE個線程調(diào)用await的時候，全部線程都會被喚醒尉姨♀殖可以理解為所有運動員就位后才能起跑，早就位的運動員只能掛起等待又厉。它可以重復利用九府。
DelayQueue 一個無界的BlockingQueue，用來放置實現(xiàn)了Delay接口的對象覆致，在隊列中的對象只有在到期之后才能被取走侄旬。如果沒有任何對象到期，就沒有頭元素煌妈。
PriorityBlockingQueue 一種自帶優(yōu)先級的阻塞式隊列儡羔。
ScheduledExecutor 可以把它想象成一種線程池式的Timer, TimerTask宣羊。
Semaphore 互斥鎖只允許一個線程訪問資源，但是Semaphore允許SIZE個線程同時訪問資源笔链。
Exchanger 生產(chǎn)者消費者問題的特殊版段只。兩個線程可以在都‘準備好了’之后交換一個對象的控制權(quán)。
ReadWriteLock 讀寫鎖鉴扫。 讀-讀不互斥赞枕，讀-寫互斥，寫-寫互斥坪创。
