多线程
一、线程安全需要保证几个基本特性
1、原子性:一个操作或者多个操作要么全部执行,要么都不执行。
2、可见性:当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看到修改的值。
3、有序性:程序执行的顺序是按照代码的先后顺序执行的,在单线程中,可以保证程序最终的执行结果和代码的顺序执行结果一致。但在多线程中,不一定保证其有序性。
二、Java内存模型
java内存模型简称jmm,定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,当多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。
主内存 —— 即main memory。在java中,实例域、静态域和数组元素是线程之间共享的数据,它们存储在主内存中。
本地内存 —— 即local memory。 局部变量,方法定义参数 和 异常处理器参数是不会在线程之间共享的,它们存储在线程的本地内存中。
三、Volatile关键字
使变量在多个线程之间可见,制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值
volatile 变量自身有两个特性:
原子性:对于任意单个volatile变量的读/写具有原子性,但是类似与volatileVal++这种复合操作来说,它就不具有原子性。
可见性:对于一个volatile变量的读,总是能看到任意线程对这个volatile变量最后的写入。
volatile 的使用条件要严格遵循 —— 即变量真正独立于其他变量和自己以前的值 —— 在某些情况下可以使用 volatile 代替 synchronized 来简化代码。然而,使用 volatile 的代码往往比使用锁的代码更加容易出错。
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四、Synchronized关键字**
在java中,每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着,同步锁是依赖于对象而存在。
当我们调用某对象的synchronized方法时,就获取了该对象的同步锁。例如,synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。
不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说,某时间点,对象的同步锁只能被一个线程获取到!通过同步锁,我们就能在多线程中,实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如,现在有两个线程A和线程B,它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设,在某一时刻,线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作;而此时,线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败,它必须等待,直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。
volatile与synchronized区别:
仅靠volatile不能保证线程的安全性。(原子性)
①volatile轻量级,只能修饰变量。synchronized重量级,还可修饰方法
②volatile只能保证数据的可见性,不能用来同步,因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。
synchronized不仅保证可见性,而且还保证原子性。因为,只有获得了锁的线程才能进入临界区,从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时,会出现阻塞。
线程安全性:
线程安全性包括两个方面,①可见性。②原子性。
从上面自增的例子中可以看出:仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。
四、ThreadLocal接口
参考:https://blog.csdn.net/visant/article/details/79779412
五、线程池
线程池是指在初始化一个多线程应用程序过程中创建一个线程集合,然后在需要执行新的任务时重用这些线程而不是新建一个线程。线程池中线程的数量通常完全取决于可用内存数量和应用程序的需求。然而,增加可用线程数量是可能的。线程池中的每个线程都有被分配一个任务,一旦任务已经完成了,线程回到池子中并等待下一次分配任务。
线程池作用
基于以下几个原因在多线程应用程序中使用线程是必须的:
线程池改进了一个应用程序的响应时间。由于线程池中的线程已经准备好且等待被分配任务,应用程序可以直接拿来使用而不用新建一个线程。
线程池节省了CLR 为每个短生存周期任务创建一个完整的线程的开销并可以在任务完成后回收资源。
线程池根据当前在系统中运行的进程来优化线程时间片。
线程池允许我们开启多个任务而不用为每个线程设置属性。
线程池允许我们为正在执行的任务的程序参数传递一个包含状态信息的对象引用。
线程池可以用来解决处理一个特定请求最大线程数量限制问题。
线程池四种创建方式
Java通过Executors(jdk1.5并发包)提供四种线程池,分别为:
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定时线程池,支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO,LIFO, 优先级)执行。
六、多线程锁类型
Lock接口
JUC包中的 Lock 接口支持那些语义不同(重入、公平等)的锁规则。所谓语义不同,是指锁可是有"公平机制的锁"、“非公平机制的锁”、“可重入的锁"等等。“公平机制"是指"不同线程获取锁的机制是公平的”,而"非公平机制"则是指"不同线程获取锁的机制是非公平的”,"可重入的锁"是指同一个锁能够被一个线程多次获取。
ReadWriteLock 读写锁
ReadWriteLock 接口以和Lock类似的方式定义了一些读取者可以共享而写入者独占的锁。JUC包只有一个类实现了该接口,即 ReentrantReadWriteLock,因为它适用于大部分的标准用法上下文。但程序员可以创建自己的、适用于非标准要求的实现。
AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer
AbstractQueuedSynchronizer就是被称之为AQS的类,它是一个非常有用的超类,可用来定义锁以及依赖于排队阻塞线程的其他同步器;ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock,CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore等这些类都是基于AQS类实现的。AbstractQueuedLongSynchronizer 类提供相同的功能但扩展了对同步状态的 64 位的支持。两者都扩展了类 AbstractOwnableSynchronizer(一个帮助记录当前保持独占同步的线程的简单类)。
LockSupport
LockSupport提供“创建锁”和“其他同步类的基本线程阻塞原语”。
LockSupport的功能和"Thread中的Thread.suspend()和Thread.resume()有点类似",LockSupport中的park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程。但是park()和unpark()不会遇到“Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引发的死锁”问题。
Condition
Condition需要和Lock联合使用,它的作用是代替Object监视器方法,可以通过await(),signal()来休眠/唤醒线程。
Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似,但提供了更强大的功能。需要特别指出的是,单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关联。为了避免兼容性问题,Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。
ReentrantLock
ReentrantLock是独占锁。所谓独占锁,是指只能被独自占领,即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。ReentrantLock锁包括"公平的ReentrantLock"和"非公平的ReentrantLock"。“公平的ReentrantLock"是指"不同线程获取锁的机制是公平的”,而"非公平的 ReentrantLock"则是指"不同线程获取锁的机制是非公平的",ReentrantLock是"可重入的锁"。
(01) ReentrantLock实现了Lock接口。
(02) ReentrantLock中有一个成员变量sync,sync是Sync类型;Sync是一个抽象类,而且它继承于AQS。
(03) ReentrantLock中有"公平锁类"FairSync和"非公平锁类"NonfairSync,它们都是Sync的子类。ReentrantReadWriteLock中sync对象,是FairSync与NonfairSync中的一种,这也意味着ReentrantLock是"公平锁"或"非公平锁"中的一种,ReentrantLock默认是非公平锁。
ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock是读写锁接口ReadWriteLock的实现类,它包括子类ReadLock和WriteLock。ReentrantLock是共享锁,而WriteLock是独占锁。
ReentrantReadWriteLock的UML类图如下:
(01) ReentrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口。
(02) ReentrantReadWriteLock中包含sync对象,读锁readerLock和写锁writerLock。读锁ReadLock和写锁WriteLock都实现了Lock接口。
(03) 和"ReentrantLock"一样,sync是Sync类型;而且,Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平锁"FairSync和"非公平锁"NonfairSync。
CountDownLatch
CountDownLatch是一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待。
CountDownLatch的UML类图如下:
CountDownLatch包含了sync对象,sync是Sync类型。CountDownLatch的Sync是实例类,它继承于AQS。
CyclicBarrier
CyclicBarrier是一个同步辅助类,允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用,所以称它为循环 的 barrier。
CyclicBarrier的UML类图如下:
CyclicBarrier是包含了"ReentrantLock对象lock"和"Condition对象trip",它是通过独占锁实现的。
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别是:
(01) CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行;而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。
(02) CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用,因此它被称为是循环的barrier。
Semaphore
Semaphore是一个计数信号量,它的本质是一个"共享锁"。
信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用acquire()来获取信号量的许可;当信号量中有可用的许可时,线程能获取该许可;否则线程必须等待,直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。
建议学习:
Java多线程系列:
http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/java_threads_category.html
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