多線程知識(shí)點(diǎn)目錄

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十一太颤、Java阻塞隊(duì)列原理

11.1 線程阻塞的兩種情況：

1. 當(dāng)隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)的情況下，消費(fèi)者端的所有線程都會(huì)被自動(dòng)阻塞（掛起）犬金，直到有數(shù)據(jù)放入隊(duì)列护奈。

   
   
   情況1

2. 當(dāng)隊(duì)列中填滿數(shù)據(jù)的情況下单鹿，生產(chǎn)者端的所有線程都會(huì)被自動(dòng)阻塞（掛起）园匹，直到隊(duì)列中有空的為止，線程被自動(dòng)喚醒戚丸。

   
   
   情況2

11.2 阻塞隊(duì)列的主要方法

阻塞隊(duì)列的主要辦法

插入操作

1. add(E paramE)：將指定元素插入此隊(duì)列中（如果立即可行且不會(huì)違反容量限制）划址，成功時(shí)返回true，如果當(dāng)前沒有可用空間限府，則拋出IllegalStateException夺颤。如果該元素使NULL，則會(huì)拋出NullPointException異常胁勺。

2. offer(E paramE)：將指定元素插入此隊(duì)列中（如果立即可行且不會(huì)違反容量限制）世澜，成功時(shí)返回true，如果當(dāng)前沒有可用空間署穗，則返回false寥裂。

3. put(E paramE) throws InterruptedException：將指定元素插入次隊(duì)列中嵌洼，將等待可用的空間（如果有必要），如果隊(duì)列滿了封恰，則線程阻塞等待咱台。

4. offer(E o, long timeout, TimeUnit unit)：可以設(shè)定等待的時(shí)間，如果在指定的時(shí)間內(nèi)俭驮，還不能往隊(duì)列中加入BlockingQueue，則返回失敗春贸。

獲取數(shù)據(jù)操作

1. poll(time)：取走BlockingQueue中排在首位的對(duì)象混萝，若不能立即取出，則可以等time參數(shù)規(guī)定的時(shí)間萍恕，取不到時(shí)返回null逸嘀。

2. poll(long timeout, TimeUnit unit)：從BlockingQueue取出一個(gè)隊(duì)首的對(duì)象，如果在指定時(shí)間內(nèi)允粤，隊(duì)列一單有數(shù)據(jù)可取崭倘，則立即返回隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。否則直到時(shí)間超時(shí)還沒數(shù)據(jù)可取类垫，返回失敗司光。

3. take()：取走BlockingQueue里排在首位的對(duì)象，若BlockingQueue為空悉患，阻斷進(jìn)入等待狀態(tài)残家，直到BlockingQueue有新的數(shù)據(jù)被加入。

4. drainTo()：一次性從BlockingQueue獲取所有可用的數(shù)據(jù)對(duì)象（還可以指定獲取數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)）售躁，通過該方法坞淮，可以提升獲取數(shù)據(jù)效率；不需要多次分批加鎖或釋放鎖陪捷。

11.3 Java中的阻塞隊(duì)列

• 1. ArrayBlockingQueue：由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列回窘。

這是一個(gè)基于數(shù)組的實(shí)現(xiàn)阻塞隊(duì)列。它內(nèi)部使用了一個(gè)數(shù)組來存儲(chǔ)元素市袖，按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對(duì)元素進(jìn)行排序啡直，并且可以設(shè)置最大容量。當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)凌盯，如果有線程試圖向隊(duì)列中插入元素付枫，線程將會(huì)被阻塞直到隊(duì)列中有空間；當(dāng)隊(duì)列空時(shí)驰怎，如果有線程試圖從隊(duì)列中刪除元素阐滩，線程將會(huì)被阻塞直到隊(duì)列中有元素。
默認(rèn)情況下不保證訪問者公平的訪問隊(duì)列县忌，所謂公平訪問隊(duì)列是指阻塞的所有生產(chǎn)者線程或消費(fèi)者線程掂榔，當(dāng)隊(duì)列可用時(shí)继效，可以按照阻塞的先后順序訪問隊(duì)列，即先阻塞的生產(chǎn)者線程装获，可以先往隊(duì)列里插入元素瑞信，先阻塞的消費(fèi)者線程，可以先從隊(duì)列里獲取元素穴豫。

• 2. LinkedBlockingQueue：由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列凡简。

這是一個(gè)基于鏈表的實(shí)現(xiàn)阻塞隊(duì)列。它內(nèi)部使用了一個(gè)鏈表來存儲(chǔ)元素精肃，按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對(duì)元素進(jìn)行排序秤涩。與ArrayBlockingQueue不同的是，LinkedBlockingQueue的大小可以動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)司抱。當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)筐眷，如果有線程試圖向隊(duì)列中插入元素，線程將會(huì)被阻塞直到隊(duì)列中有空間习柠；當(dāng)隊(duì)列空時(shí)匀谣，如果有線程試圖從隊(duì)列中刪除元素，線程將會(huì)被阻塞直到隊(duì)列中有元素资溃。
而 LinkedBlockingQueue 之所以能夠高效的處理并發(fā)數(shù)據(jù)武翎，還因?yàn)槠鋵?duì)于生產(chǎn)者端和消費(fèi)者端分別采用了獨(dú)立的鎖來控制數(shù)據(jù)同步，這也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費(fèi)者可以并行地操作隊(duì)列中的數(shù)據(jù)肉拓，以此來提高整個(gè)隊(duì)列的并發(fā)性能后频。

• 3. PriorityBlockingQueue：支持優(yōu)先級(jí)排序的無界阻塞隊(duì)列。

這是一個(gè)支持優(yōu)先級(jí)排序的阻塞隊(duì)列暖途，默認(rèn)情況下元素采取自然順序升序排列卑惜。它內(nèi)部使用了一個(gè)優(yōu)先級(jí)堆來存儲(chǔ)元素，使得高優(yōu)先級(jí)的元素總是先于低優(yōu)先級(jí)的元素出隊(duì)驻售，需要注意的是不能保證同優(yōu)先級(jí)元素的順序露久。

• 4. DelayQueue：使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無界阻塞隊(duì)列。

這是一個(gè)使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列欺栗。它內(nèi)部使用了一個(gè)優(yōu)先級(jí)堆來存儲(chǔ)元素毫痕，但與PriorityBlockingQueue不同的是，DelayQueue中的元素只有當(dāng)其指定的延遲時(shí)間到了迟几，才能從隊(duì)列中刪除消请。

• 5. SynchronizedQueue：不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列。

這是一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列类腮。它的所有操作都是對(duì)另一個(gè)阻塞隊(duì)列的操作進(jìn)行同步臊泰，也就是說，它本身并不存儲(chǔ)任何元素蚜枢。每一個(gè) put 操作必須等待一個(gè) take 操作缸逃，否則不能繼續(xù)添加元素针饥。
SynchronousQueue 的 吞 吐 量 高 于 LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

• 6. LinkedTransferQueue：由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞隊(duì)列需频。

這是一個(gè)基于鏈表的無界阻塞隊(duì)列丁眼。它內(nèi)部使用了一個(gè)鏈表來存儲(chǔ)元素。與LinkedBlockingQueue不同的是昭殉，LinkedTransferQueue的大小可以動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)且支持多生產(chǎn)者多消費(fèi)者模式苞七。

• 7. LinkedBlockingDeque：由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列。

這是一個(gè)基于鏈表的雙向阻塞隊(duì)列挪丢。它內(nèi)部使用了一個(gè)鏈表來存儲(chǔ)元素莽鸭，支持在兩端插入和刪除元素。
雙向隊(duì)列指的你可以從隊(duì)列的兩端插入和移出元素吃靠。雙端隊(duì)列因?yàn)槎嗔艘粋€(gè)操作隊(duì)列的入口，在多線程同時(shí)入隊(duì)時(shí)足淆，也就減少了一半的競(jìng)爭(zhēng)巢块。相比其他的阻塞隊(duì)列，LinkedBlockingDeque多了addFirst巧号，addLast族奢，offerFirst，offerLast丹鸿，peekFirst越走，peekLast等方法

十二、volatile關(guān)鍵字的作用

Java語言提供了一種稍弱的同步機(jī)制靠欢，即volatile變量廊敌，用來確保將變量的更新操作通知到其他線程。volatile變量具備兩種特性：①變量可見性门怪；②禁止重排骡澈。volatile變量不會(huì)被緩存在寄存器或者其他處理器不可見的地方，因此在讀取volatile類型的變量是總是會(huì)返回最新寫入的值掷空。

• ① 變量可見性
  其一是保證該變量對(duì)所有線程可見肋殴，這里的可見性指的是當(dāng)一個(gè)線程修改了變量的值，那么新的值對(duì)于其他線程時(shí)可以立即獲取的坦弟。
• ② 禁止重排
  volatile禁止了指令重排护锤。

比Synchronized更輕量級(jí)的同步鎖

在訪問volatile變量時(shí)不會(huì)執(zhí)行加鎖操作，因此也就不會(huì)執(zhí)行線程阻塞酿傍，因此烙懦，volatile變量是一種比Synchronized關(guān)鍵字更輕量級(jí)的同步機(jī)制。volatile適合這種場(chǎng)景：一個(gè)變量被多個(gè)線程共享拧粪，現(xiàn)成直接給這個(gè)變量賦值修陡。

不同類型變量讀取

當(dāng)對(duì)非volatile變量進(jìn)行讀寫的時(shí)候沧侥，每個(gè)線程先從內(nèi)存拷貝變量到CPU緩存中。如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU魄鸦，每個(gè)線程可能在不同的CPU上被處理宴杀，這意味著每個(gè)線程可以拷貝到不同的CPU Cache中。而聲明變量是volatile的拾因，JVM保證了每次讀變量都從內(nèi)存中讀旺罢，跳過CPU Cache這一步。

使用場(chǎng)景

volatile變量的單次讀/寫操作可以保證原子性绢记，如long和double類型變量扁达，但是，不能保證i++這種操作的原子性蠢熄，因?yàn)楸举|(zhì)上i++是讀跪解、寫兩次操作。在某些場(chǎng)景下可以代替Synchronized签孔。但是叉讥，volatile不能完全取代Synchronized，只有在一些特殊的場(chǎng)景下才能適用饥追⊥疾郑總的來說，必須同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件才能保證在并發(fā)環(huán)境的線程安全：

1. 對(duì)變量的寫操作不依賴于當(dāng)前值（i++依賴當(dāng)前值但绕，不能保證線程安全）救崔，或者說是單純的變量賦值（boolean flag=true）
2. 該變量沒有包含在具有其他變量的不變式中，也就是說捏顺，不同的volatile變量之間六孵，不能互相依賴。只有在狀態(tài)真正獨(dú)立于程序內(nèi)其他內(nèi)容時(shí)幅骄，才能使用volatile狸臣。

十三、如何在兩個(gè)線程之間共享數(shù)據(jù)

Java里面進(jìn)行多線程通訊的主要方式就是共享內(nèi)存的方式昌执，共享內(nèi)存主要的關(guān)注點(diǎn)有：①可見性烛亦；②有序性；③原子性懂拾。
Java內(nèi)存模型（JMM）解決了可見性和有序性的問題煤禽，而鎖解決了原子性的問題，理想情況下我們希望坐到“同步”和“互斥”岖赋。有以下常規(guī)實(shí)現(xiàn)方法：

13.1 將數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)類檬果，并將數(shù)據(jù)的操作作為這個(gè)類的方法

將數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)類，并將對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的操作作為這個(gè)類的方法，這么設(shè)計(jì)可以做到同步选脊，只要在方法上加上“Synchronized”

public class MyThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyData myData = new MyData();
        Runnable add = new AddRunnable(myData);
        Runnable dec = new DecRunnable(myData);
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(add).start();
            new Thread(dec).start();
        }
    }
}

class MyData {
    private int j = 0;

    public synchronized void add() {
        j++;
        System.out.println("[add()]線程" + Thread.currentThread().getName() + "的j的值為：" + j);
    }

    public synchronized void dec() {
        j--;
        System.out.println("[dec()]線程" + Thread.currentThread().getName() + "的j的值為：" + j);
    }

    public int getData() {
        return j;
    }
}

class AddRunnable implements Runnable {
    private MyData myData;

    public AddRunnable(MyData data) {
        this.myData = data;
    }

    public void run() {
        myData.add();
    }
}

class DecRunnable implements Runnable {
    private MyData myData;

    public DecRunnable(MyData data) {
        this.myData = data;
    }

    public void run() {
        myData.dec();
    }
}

13.2 Runnable對(duì)象作為一個(gè)類的內(nèi)部類

將Runnable對(duì)象作為一個(gè)類的內(nèi)部類杭抠，共享數(shù)據(jù)作為這個(gè)類的成員變量，每個(gè)線程對(duì)共享數(shù)據(jù)的操作方法也封裝在外部類恳啥，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的各個(gè)操作的同步和互斥偏灿，作為內(nèi)部類的各個(gè)Runnable對(duì)象調(diào)用外部類的這些方法。

public class MyThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final MyData myData = new MyData();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(myData::add).start();
            new Thread(myData::dec).start();
        }
    }
}


class MyData {
    private int j = 0;

    public synchronized void add() {
        j++;
        System.out.println("[add()]線程" + Thread.currentThread().getName() + "的j的值為：" + j);
    }

    public synchronized void dec() {
        j--;
        System.out.println("[dec()]線程" + Thread.currentThread().getName() + "的j的值為：" + j);
    }

    public int getData() {
        return j;
    }
}