JAVA多线程下高并发的处理经验

我就是我 2022-03-17 00:42 108阅读 0赞

java中的线程：java中，每个线程都有一个调用栈存放在线程栈之中，一个java应用总是从main（）函数开始运行，被称为主线程。一旦创建一个新的线程，就会产生一个线程栈。线程总体分为：用户线程和守护线程，当所有用户线程执行完毕的时候，JVM自动关闭。但是守候线程却不独立于JVM，守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的。

**线程的生命周期**：当一个线程被创建之后，进入新建状态，JVM则给他分配内存空间，并进行初始化操作。当线程对象调用了start()方法，该线程就处于就绪状态（可执行状态），JVM会为其创建方法调用栈、和程序计数器，处于可执行状态下的线程随时可以被cpu调度执行。CPU执行该线程的时候，该线程进入执行状态。执行过程中，该线程遇倒像wait()等待阻塞、以及synchronized锁同步阻塞或者调用线程的sleep()方法等进入一个阻塞状态，阻塞之后通过notify()或者notifyAll()方法唤醒重新获取对象锁之后再行进入就绪状态，等待cpu执行进去执行状态、当线程执行完或者return则线程正常结束，如果发生处理的运行时异常，则线程因为异常而结束。这是一个线程的整个运行的生命周期。如下图所示：

![/images/20220317/3c179c5a950c4a9b879281bf800256b5.png][https_images0.cnblogs.com_blog_497634_201312_18152411-a974ea82ebc04e72bd874c3921f8bfec.jpg]

线程的几种实现：

**1、继承Thread类，重写该类的run方法**

class MyThread extends Thread {
        
        private int i = 0;
    
        @Override
        public void run() {
            for (i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            }
        }
    }

public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread myThread1 = new MyThread(); // 创建一个新的线程  myThread1  此线程进入新建状态
            myThread1 .start();  // 调用start()方法使得线程进入可执行状态
        }
    }

**2、实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法，该run()方法同样是线程执行体，创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread类的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象**

class MyRunnable implements Runnable {
        private int i = 0;
    
        @Override
        public void run() {
            for (i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            }
        }
    }

public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 创建一个Runnable实现类的对象
    
            Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 将myRunnable作为Thread target创建新的线程
                   
            thread1.start(); // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
                  
            }
        }
    }

**3、使用Callable和Future接口创建线程。****具体是创建Callable接口的实现类，并实现clall()方法。并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象，且以此FutureTask对象作为Thread对象的target来创建线程**

public class ThreadTest {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 创建MyCallable对象
            FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask来包装MyCallable对象
    
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
                if (i == 30) {
                    Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask对象作为Thread对象的target创建新的线程
                    thread.start();                      //线程进入到就绪状态
                }
            }
    
            System.out.println("主线程for循环执行完毕..");
            
            try {
                int sum = ft.get();            //取得新创建的新线程中的call()方法返回的结果
                System.out.println("sum = " + sum);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    }
    
    
    class MyCallable implements Callable<Integer> {
        private int i = 0;
    
        // 与run()方法不同的是，call()方法具有返回值
        @Override
        public Integer call() {
            int sum = 0;
            for (; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
                sum += i;
            }
            return sum;
        }
    
    }

继承Thread和实现Runnable接口实现多线程的区别：

继承Thread类、实现Runnable接口，在程序开发中只要是多线程，肯定永远以实现Runnable接口为主，因为实现Runnable接口相比继承Thread类有如下优势：

1、可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限；

2、增强程序的健壮性，代码能够被多个线程共享，代码与数据是独立的；

3、适合多个相同程序代码的线程区处理同一资源的情况。

***线程的优先级别：***

java线程可以通过setPriority（）方法对其设定一个优先级别，高优先级别的线程比低优先级别的线程有更高的几率得到先执行，优先级可以用0到10的整数表示，0为最低优先级别、10为最高优先级别。当线程调度器决定那个线程需要调度时，会根据这个优先级进行调度选择；1)Thread类有三个优先级静态常量：MAX\_PRIORITY为10，为线程最高优先级；MIN\_PRIORITY取值为1，为线程最低优先级；NORM\_PRIORITY取值为5，为线程中间位置的优先级。默认情况下，线程的优先级为NORM\_PRIORITY。2）一般来说优先级别高的线程先获取cpu资源先运行，但特殊情况下由于现在的计算器都是多核多线程的配置，有可能优先级低的线程先执行，具体的执行还是看JVM调度来决定。

**几种线程同步的方法：**

**1、使用synchronized获取对象互斥锁：**这种方式是最常用也比较安全的一种方式，采用synchronized修饰符实现的同步机制叫做互斥锁机制，它所获得的锁叫做互斥锁。每个对象都有一个monitor(锁标记)，当线程拥有这个锁标记时才能访问这个资源，没有锁标记便进入锁池。任何一个对象系统都会为其创建一个互斥锁，这个锁是为了分配给线程的，防止打断原子操作。每个对象的锁只能分配给一个线程，因此叫做互斥锁。我们在使用同步的时候进来爸锁的粒度控制的精细一点，有时候没必要锁整个方法，只需要锁一个代码块即可达到我们的业务需求，这样避免其他线程阻塞时间过长造成性能上的影响。

package per.thread;
     
    import java.io.IOException;
     
    public class Test {
        
        private int i = 0;
        private Object object = new Object();
         
        public static void main(String[] args) throws IOException  {
            
        	Test test = new Test();
            
            Test.MyThread thread1 = test.new MyThread();
            Test.MyThread thread2 = test.new MyThread();
            thread1.start();
            thread2.start();
        } 
         
         
        class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    i++;
                    System.out.println("i:"+i);
                    try {
                        System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");
                        Thread.currentThread().sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO: handle exception
                    }
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"睡眠结束");
                    i++;
                    System.out.println("i:"+i);
                }
            }
        }
    }

**2、使用特殊域变量volatile实现线程同步：**volatile修饰的变量是一种稍弱的同步机制，因为每个线程中的成员变量都会对这个对象的一个私有拷贝，每个线程获取的数据都是从私有拷贝内存中获取，而volatile修饰之后代表这个变量只能从共享内存中获取，禁止私有拷贝。在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同步机制。从内存的可见性上来看，写入volatile变量相当于退出同步代码块，而读取volatile变量相当于进入同步代码块。但代码中过度依赖于volatile变量来控制同步状态，往往比使用锁更加不安全，使用同步机制会更安全一些。当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量： 1、对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。 2、该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

class Bank {
                //需要同步的变量加上volatile
                private volatile int account = 100;
     
                public int getAccount() {
                    return account;
                }
                //这里不再需要synchronized 
                public void save(int money) {
                    account += money;
                }
            ｝

**3、使用重入锁Lock实现线程同步:** 在jdk1.5以后java.util.concurrent.locks包下提供了这一种方式来实现同步访问。因为synchronized同步之后会存在一个阻塞的过程，如果这个阻塞的时间过久，严重影响我们代码的质量以及带来系统性能上的问题。因为我们需要一种机制，让等待的线程到达一定时间之后能够响应中断，这就是Lock的作用。另外lock还可以知道线程有没有成功获取到对象锁，synchronized无法做到。Lock比synchronized提供更多的功能。但要注意的是：1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

package com.dylan.thread.ch2.c04.task;
     
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
     
    /**
     * This class simulates a print queue
     *
     */
    public class PrintQueue {
     
    	/**
    	 *  创建一个ReentrantLock实例 
    	 */
    	private final Lock queueLock=new ReentrantLock();
    	
    	/**
    	 * Method that prints a document
    	 * @param document document to print
    	 */
    	public void printJob(Object document){
            //获得锁 
    		queueLock.lock();
    		
    		try {
    			Long duration=(long)(Math.random()*10000);
    			System.out.printf("%s: PrintQueue: Printing a Job during %d seconds\n",Thread.currentThread().getName(),(duration/1000));
    			Thread.sleep(duration);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		} finally {
                //释放锁 
    			queueLock.unlock();
    		}
    	}
    }

注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择：

a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制，能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。   
        b.如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码   
        c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁

**4、使用ThreadLocal管理变量：**如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响；ThreadLocal 类的常用方法：

ThreadLocal() : 创建一个线程本地变量 
    get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值 
    initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的"初始值" 
    set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value

public class Bank{
                //使用ThreadLocal类管理共享变量account
                private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
                    @Override
                    protected Integer initialValue(){
                        return 100;
                    }
                };
                public void save(int money){
                    account.set(account.get()+money);
                }
                public int getAccount(){
                    return account.get();
                }
            }

**5、使用阻塞队列实现线程同步：**自从Java 1.5之后，在java.util.concurrent包下提供了若干个阻塞队列，或Redis消息队列等来实现同步等等。。。

**java多线程并发的业务场景：**在互联网的大环境下很多场景都对并发要求越来越高，像天猫双十一秒杀、春运火车票抢票、微信抢红包、以及一些业务对某种资源的请求数量的控制、以及一些业务需要整个系统的输入输出顺序一致性等问题，这些都需要考虑到并发导致的数据安全性问题。

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