并发编程之线程共享和协作（一）

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本篇文章将从以下几个内容来阐述线程共享和协作:

[基础概念之CPU核心数、线程数，时间片轮转机制解读]
[线程之间的共享]
[线程间的协作]
一、基础概念
CPU核心数、线程数
两者的关系：cpu的核心数与线程数是1:1的关系，例如一个8核的cpu，支持8个线程同时运行。但在intel引入超线程技术以后，cpu与线程数的关系就变成了1:2。此外在开发过程中并没感觉到线程的限制，那是因为cpu时间片轮转机制（RR调度）的算法的作用。什么是cpu时间片轮转机制看下面1.2.

CPU时间片轮转机制
含义就是：cpu给每个进程分配一个“时间段”，这个时间段就叫做这个进程的“时间片”，这个时间片就是这个进程允许运行的时间，如果当这个进程的时间片段结束，操作系统就会把分配给这个进程的cpu剥夺，分配给另外一个进程。如果进程在时间片还没结束的情况下阻塞了，或者说进程跑完了，cpu就会进行切换。cpu在两个进程之间的切换称为“上下文切换”，上下文切换是需要时间的，大约需要花费5000~20000（5毫秒到20毫秒，这个花费的时间是由操作系统决定）个时钟周期，尽管我们平时感觉不到。所以在开发过程中要注意上下文切换（两个进程之间的切换）对我们程序性能的影响。

二、 线程之间的共享
synchronized内置锁
线程开始运行，拥有自己的栈空间，就如同一个脚本一样，按照既定的代码一步一步地执行，直到终止。但是，每个运行中的线程，如果仅仅是孤立地运行，那么没有一点儿价值，或者说价值很少，如果多个线程能够相互配合完成工作，包括数据之间的共享，协同处理事情。这将会带来巨大的价值。

Java支持多个线程同时访问一个对象或者对象的成员变量，关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用，它主要确保多个线程在同一个时刻，只能有一个线程处于方法或者同步块中，它保证了线程对变量访问的可见性和排他性，又称为内置锁机制。
volatile 关键字
volatile保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。

private volatile static boolean ready;
private static int number;
不加volatile时，子线程无法感知主线程修改了ready的值，从而不会退出循环，而加了volatile后，子线程可以感知主线程修改了ready的值，迅速退出循环。但是volatile不能保证数据在多个线程下同时写时的线程安全，参见代码：
thread-platform\src\com\chj\thread\capt01\volatiles\NotSafe.java
volatile最适用的场景：一个线程写，多个线程读。
线程私有变量 ThreadLocal
```
+ get() 获取每个线程自己的threadLocals中的本地变量副本。
+ set() 设置每个线程自己的threadLocals中的线程本地变量副本。
ThreadLocal有一个内部类ThreadLocalMap:

public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
//根据当前的线程返回一个ThreadLocalMap.点进去getMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}

//点击去getMap(t)方法发现其实返回的是当前线程t的一个内部变量ThreadLocal.ThreadLocalMap
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
//由此可以知道，当调用ThreadLocal的get方法是，其实返回的是当前线程的threadLocals(类型是ThreadLocal.ThreadLocalMap)中的变量。调用set方法也类似。

//举例一个使用场景
/**
* ThreadLocal使用场景：把数据库连接对象存放在ThreadLocal当中.
* 优点：减少了每次获取Connection需要创建Connection
* 缺点：因为每个线程本地会存放一份变量，需要考虑内存的消耗问题。
* @author luke Lin
*
*/
public class ConnectionThreadLocal {
private final static String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306:test";
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>(){
protected Connection initialValue() {
try {
return DriverManager.getConnection(DB_URL);
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
};
};

/**
* 获取连接
* @return
*/
public Connection getConnection(){
return connectionHolder.get();
}

/**
* 释放连接
*/
public void releaseConnection(){
connectionHolder.remove();
}
}

//解决ThreadLocal中弱引用导致内存泄露的问题的建议
+ 声明ThreadLoal时，使用private static修饰
+ 线程中如果本地变量不再使用，即使使用remove()
三、 线程间的协作
wait() notify() notifyAll()

//1.3.1通知等候唤醒模式
//1)等候方
获取对象的锁
在循环中判断是否满足条件，如果不满足条件，执行wait，阻塞等待。
如果满足条件跳出循环，执行自己的业务代码

//2)通知方
获取对象的锁
更改条件
执行notifyAll通知等等待方
//1.3.2
//wait notify notifyAll都是对象内置的方法
//wait notify notifyAll 都需要加synchronized内被执行，否则会抱错。
//执行wait方法是，会让出对象持有的锁，直到以下2个情况发生：1。被notify/notifyAll唤醒。2。wait超时
//1.3.3 举例使用wait(int millis),notifyAll实现一个简单的线城池超时连接
/*
* 连接池，支持连接超时。
* 当连接超过一定时间后，做超时处理。
*/
public class DBPool2 {
LinkedList<Connection> pools;
//初始化一个指定大小的新城池
public DBPool2 (int poolSize) {
if(poolSize > 0){
pools = new LinkedList<Connection>();
for(int i=0;i < poolSize; i++){
pools.addLast(SqlConnectImpl.fetchConnection());
}
}
}


/**
* 获取连接
* @param remain 等待超时时间
* @return
* @throws InterruptedException
*/
public Connection fetchConn(long millis) throws InterruptedException {
// 超时时间必须大于0，否则抛一场
synchronized (pools) {
if (millis<0) {
while(pools.isEmpty()) {
pools.wait();
}
return pools.removeFirst();
}else {
// 超时时间
long timeout = System.currentTimeMillis() + millis;
long remain = millis;
// 如果当前pools的连接为空，则等待timeout，如果timeout时间还没有返回，则返回null。
while (pools.isEmpty() && remain > 0) {
try {
pools.wait(remain);
remain = timeout - System.currentTimeMillis();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
Connection result = null;
if (!pools.isEmpty()) {
result = pools.removeFirst();
}
return result;
}
}

}

/**
* 释放连接
*/
public void releaseConn(Connection con){
if(null != con){
synchronized (pools) {
pools.addLast(con);
pools.notifyAll();
}
}
}
}
sleep() yield()
join()
面试点：线程A执行了县城B的join方法，那么线程A必须等到线程B执行以后，线程A才会继续自己的工作。
wait() notify() yield() sleep()对锁的影响
面试点:
线程执行yield(),线程让出cpu执行时间，和其他线程同时竞争cup执行机会，但如果持有的锁不释放。
线程执行sleep(),线程让出cpu执行时间，在sleep()醒来前都不竞争cpu执行时间，但如果持有的锁不释放。
notify调用前必须持有锁，调用notify方法本身不会释放锁。
wait()方法调用前必须持有锁，调用了wait方法之后，锁就会被释放。当wait方法返回的时候，线程会重新持有锁。
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参考：https://blog.csdn.net/m0_37661458/article/details/90692419
https://www.cnblogs.com/codetree/p/10188638.html
https://blog.csdn.net/aimashi620/article/details/82017700