java 多线程编程常用类和接口

谁践踏了优雅 2021-12-05 17:41 200阅读 0赞

Java并发编程：多个线程同时访问共同的一块资源。

1.  synchronized关键字：
    
    1.  synchronized 用法，

Object o = new Object();

public void m()\{

synchronized(o)\{

return 123;

这里的o表示的是想要执行m方法，需要去获取到锁，而这个锁就是objectg对象，需要注意的是，要获取这个锁，不是争夺o的对象引用，而是要去堆内存中争夺new出来的object对象锁。

如果在方法前面直接加上synchronized关键字，其实和这个用法是一致的，为了简便书写可以将o写成this，表示调用的是对象本身。

2、volatile关键字：

注意：volatile只能保证可见性，不能保证一致性和原子性。

a）在一个全局变量前面加上volatile关键字，表示这个变量可以使得多个线程都可见。

b）比如现在有两个线程，cpu有两块区域运行这两个线程，由于cpu内部是有缓存机制的，所以每一个线程会去java虚拟机的主内存中，将变量克隆到cpu的缓冲区当中，如果要使用这个变量，直接只用缓冲区中的变量就可以了，这样就不用每次都去主内存中重新获取一次当前变量。但是问题也就来了，如果不加volatile关键字，这个变量就感知不到主内存中的变量值是否有变化，如果加上volatile关键字之后，如果主内存中的变量被某个线程修改了，就会通知其他所有线程这个变量发生了变化。

c）cpu缓冲存的数据是数据的数值，所以变量的值变化，cpu是不知道的。

3、一个被synchronized修饰的方法在运行的时候，是可以执行其他非synchronized方法的。也是可以被打断的。

4、a线程正在执行一个对象中的同步方法，b线程也是可以执行同一个对象中的非同步方法的。

5、wait和notify：

Wait让一个锁等待，会释放锁。Notify唤醒一个线程的锁，不会释放锁。这个锁就是同步时候选择的锁对象。

Object lock = new Object();

Synchronized(lock);

Lock.wait();

Lock.notify();

记住，是锁的唤醒和等待，而不是线程的。再说，唤醒锁是不能指定一个线程的来执行接下来的操作的，是随机选择的。比如你去上厕所，上厕所的时候是需要上锁的，但是你上完厕所出来之后，你不能指一个后面排队的人去上厕所的，毕竟是公用的，这时候，就是由cpu指定其他排队的人争夺上厕所的权利。谁能抢到这个锁，谁就可以去上厕所。

6、如何提高锁的性能：

加锁的代码块尽量的少。可以提高锁的性能。

7、java高并发编程：

a）同步器synchronizer

b）同步容器

c）线程池 threadpool、executor

8、替代synchronized的手工锁，reentrantkock：

Lock lock = new ReentrantLock();

Void m()\{

Lock.lock();  ==》》相当于   synchronized（this）

Code……;

Lock.unlock();

一定要注意 需要手动释放锁！！！

Synchronized 手动上锁，自动释放 非公平锁（每次竞争锁都是随机的，是不可控的）

Reentrantlock 手动上锁，手动释放  公平锁（可以指定）

使用Synchronized加锁的线程，如果a线程正在执行，那么b线程就需要一直等待，不会再进行其他的操作。

使用reentrantlock加锁的线程，如果a线程正在执行，那么b线程可以使用lock.tryLock()尝试获取锁，返回一个boolean类型数据，如果获取到锁了，那么就需要进行lock.unlock()

而且还可以使用trylock来看是否还需要继续等待a线程执行完。使用reentrantlock中的方法可以打断另一个线程。

9、生产者、消费者模式：

写法规范，wait和while百分之九十都是配合使用的。原因是如果一个线程满足条件，lock.wati();了，当lock.notifyall()，之后，所有的线程都会重新竞争锁，只是如果用的是if判断，那么只会判断一次，当下一个线程获取到锁拥有执行权的时候，他会接着之前wati的地方继续向下执行，容易出现逻辑的错误。但是如果使用while判断，当下一个线程获取到锁拥有执行权的时候，，他会回到判断的哪行代码，先进行判断，然后继续向下执行。这在生产者、消费者模式中经常见到。

还可以使用reentrantlock实现精确指定线程。

Reentrantlock lock = new ReentrantLock();

可以指定条件

Condition producer = lock..newCondition(); 指定生产者

Condition consumer = lock.newCondition(); 指定消费者

接下来当被锁定之后，producer.await();生产者线程等待。consumer.signalAll();唤醒所有消费者线程。

10、ThreadLocal：线程局部变量

ThreadLocal t = new ThreadLocal(); 创建一个线程局部变量。

这样就可以每个线程使用单独自己的变量。

ThreadLocal和synchronized的区别：

ThreadLocal：空间换时间  相当于想成将一个一般的变量copy一份到了线程内部，所有的操作都是在操作自己线程内部的变量。 效率更高。

synchronized：时间换空间

1.  java并发容器：

Queue（队列）：应用最多的。

对于map/set来说：

不需要加锁：hashmap，treemap，linkedhashmap

并发性不是很高的情况下需要枷锁：hashtable，collections.synchronizedXXX()（将 一个不包含锁的map/set转换成加锁的）。

并发性很高的情况下需要枷锁：concurrenthashmap，concurrentskiplistmap（是包 含了排序的）。

对于Queue（队列）来说：

不需要加锁：arraylist，linkedlist

并发要求不高的情况下需要加锁：vector，collections.synchronizedXXX()。

高并发的情况下可以使用两种锁：

concurrentLinkedQueue   内部加锁的

BlockingQueue   阻塞式队列：阻塞是指程序一直停在某行代码一直不动了。

LinkedBlockingQueue  无界队列，可以一直往队列中添加元素。

ArrayBlockingQueue 有界队列，默认可以添加10个元素。

DelayQueue：执行定时任务的。

TransferQueue：主要用于实时消息传输。生产者线程直接将生产出来的数据传输给消费者。所以是会阻塞的。

1.  Java 高并发线程池：

a、Executor（执行器）（接口）

B、ExecutorService

C、Runnablle和callable的区别：

Runnable  是没有返回值的。

Callable   是有返回值的。

D、Executors（工具类）

E、ThreadPool（newFixedThreadPool）：

/\*\*

\* 定义一个大小为5的线程池，在启动6个线程执行任务。但是在线程池中，总会有一个线程在等待在队列中。直到有空闲线程之后，继续执行。

\* @author 胡少东

\*/

public class MyThreadPool \{

public static void main(String\[\] args) \{

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);

for(int i=0;i<6;i++)\{

service.execute(()->\{

try \{

TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);

\} catch (Exception e) \{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

System.out.println(Thread.currentThread().getName());

\});

System.out.println(service);

service.shutdown();

System.out.println(service.isTerminated());

System.out.println(service.isShutdown());

System.out.println(service);

try \{

TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

\} catch (InterruptedException e) \{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

System.out.println(service.isTerminated());

System.out.println(service.isShutdown());

System.out.println(service);

F、Future：他不属于线程池，他是未来获取任务！！！

/\*\*

\* 使用future 未来获取

\* @author 胡少东

\*/

public class MyFuture \{

public static void main(String\[\] args) \{

// 使用futuretask+callable获取到线程返回值。

FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(()->\{

TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);

return 1000;

\});

new Thread(task).start();

try \{

System.out.println(task.get()); //阻塞代码，直到获取到task的返回值才能继续执行下面的代码.

\} catch (InterruptedException e1) \{

// TODO Auto-generated catch block

e1.printStackTrace();

\} catch (ExecutionException e1) \{

// TODO Auto-generated catch block

e1.printStackTrace();

// 使用executorserivece的submit方法执行callable线程，获取返回值。

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);

Future<Integer> f = (Future<Integer>) service.submit(()->\{

try \{

TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);

\} catch (Exception e) \{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

return 1;

\});

System.out.println(f.isDone());

try \{

System.out.println(f.get());

\} catch (InterruptedException e) \{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

\} catch (ExecutionException e) \{

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

System.out.println(f.isDone());

G、CachePool：在线程池中本来一个线程都没有，来一个任务就启动一个线程。每个线程空闲时间超过60s，就自动销毁。

H、SingleThreadPool：线程池里面永远只有一个线程。好处是可以保证线程的运行次序。

I、ScheduledPool：定时执行一个任务。

J、WorkStealingPool：工作窃取线程池。假设有一堆线程在执行很多任务，之前的线程都是需要分配线程去运行。而WorkStealingPool，会主动去寻找未完成的任务，将未完成的任务分配给空闲的线程。线程池的大小默认是cpu核数。但是要注意，如果主线程结束了话，那么WorkStealingPool会自己停止（守护线程）。

K、ForkJoinPool：和mapreduce概念比较像。

实现方法有两个：

集成RecursiveAction类   没有返回值

集成RecursiveTask类  可以有返回值

public class MyForkJoinPool \{

static int\[\] nums = new int\[1000000\];

static final int MAX\_NUM = 50000;

static Random r = new Random();

static \{

for(int i=0;i<nums.length;i++)\{

nums\[i\] = r.nextInt(100);

System.out.println("使用累加方法获取到的和为："+Arrays.stream(nums).sum());

// static class AddTask extends RecursiveAction\{

// int start,end;

// public AddTask(int s,int e)\{

// start = s;

// end = e;

// \}

// /\*\*

//  \* 实现recursiveAction类的compute方法，用于实现自己需要的算法。

//  \*/

// @Override

// protected void compute() \{

// // TODO Auto-generated method stub

// if(end-start <= MAX\_NUM)\{

// long sum = 0;

// for(int i=start;i<end;i++)\{

// sum += nums\[i\];

// \}

// System.out.println("from:"+start+" to:"+end+" = "+sum);

// \} else\{

// int middle = start + (end-start)/2;

// AddTask subTask1 = new AddTask(start, middle);

// AddTask subTask2 = new AddTask(middle, end);

// subTask1.fork();

// subTask2.fork();

// \}

static class AddTask extends RecursiveTask<Long>\{

int start,end;

public AddTask(int s,int e)\{

start = s;

end = e;

@Override

protected Long compute() \{

// TODO Auto-generated method stub

// 首先判断数组的大小，是不是我们所要分成的小份的队列的最大长度。

if(end - start <= MAX\_NUM)\{

long sum = 0L;

for(int i=start;i<end;i++)\{

sum += nums\[i\];

return sum;

\} else\{

// 如果超过最大长度的话，就需要继续向下分割成更小的队列。

int middle = start + (end-start)/2;

AddTask subTask1 = new AddTask(start, middle);

AddTask subTask2 = new AddTask(middle, end);

// 分割成更小的队列。

subTask1.fork();

subTask2.fork();

// 返回合并之后的值。

return subTask1.join() + subTask2.join();

public static void main(String\[\] args) \{

ForkJoinPool fjp = new ForkJoinPool();

AddTask task = new AddTask(0, nums.length);

// 调用执行器，将队列task放入ForkJoinPool线程池中执行运算。

fjp.execute(task);

// try \{

// // 由于ForkJoinPool是一个守护线程（精灵线程），所以，当主线程结束之后，该线程池也会结束。

// // 所以需要阻塞主线程，来达到输出结果的作用。

// System.in.read();

// \} catch (IOException e) \{

// // TODO Auto-generated catch block

// e.printStackTrace();

// \}

long result = task.join();

System.out.println("使用ForkjoinPolol累加之后的结果是："+result);

**总结：Future一般是和Callable、Executors、ThreadPool结合在一起使用的。**

**总共讲了六种线程池：fixed、cached、single、scheduled、worksteadling、forkjoin**

**底层是用的是ThreaddPoolExecutor，可以使用它来自定义线程池。**

1.  java 线程池原理：

ThreadPoolExecutor：上边所学到的所有线程池，其实说白了底层都是

new  ThreadPoolExecutor（）；

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1ROVF9E_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

使用volatile保证变量的可见性

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1ROVF9E_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

volatile只能保证可见性，不能保证原子性，和synchronized的区别

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1ROVF9E_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

生产者消费者模式为什么要用while而不用if

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1ROVF9E_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211205/ff47fb5b2b4a433bb7ea6b9d9ee368d2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1ROVF9E_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211205/c066dd9c75a74951aaf8efb21a37558b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1ROVF9E_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211205/72f7c4de30674c57b10485b10c6c6428.png