狂神说学习笔记:JUC并发编程
JUC并发编程
1、什么是JUC
JUC:java.util.concurrent
Runnable 没有返回值、效率相比入 Callable 相对较低!
2、线程和进程
进程:一个程序,QQ.exe,music.exe 本质是程序的集合,
一个进程往往可以包含多个线程,至少包含一个!
Java默认有几个线程? 2个,main 和 GC
线程:开了一个进程Typora,写字,自动保存(线程负责的)
开启线程,对于Java而言:Thread、Runnable、Callable
Java 真的可以开启线程吗? 开不了
public synchronized void start() {
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
group.add(this);
boolean started = false;
try {
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
}
}
}
// 本地方法, 底层的C++, Java无法直接操作硬件
private native void start0();
2.1、并发、并行
并发编程:并发、并行
并发(多个线程操作同一个资源)
- CPU一核,模拟出来多条线程,天下武功,为快不破,快速交替
并行(多个人一起行走)
- CPU多核,多个线程可以同时执行;线程池
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
// 获取CPU核数
// CPU 密集型,IO密集型
System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
}
}
并发编程的本质:充分利用CPU的资源
2.2、线程有几个状态
public enum State {
// 新生
NEW,
// 运行
RUNNABLE,
// 堵塞
BLOCKED,
// 等待,死死地等
WAITING,
// 超时等待
TIMED_WAITING,
// 终止
TERMINATED;
}
2.3、wait/sleep 区别
1、来自不同的类
- wait = > Object
- sleep => Thread
2、关于锁的释放
wait会释放锁,sleep睡觉了,抱着锁睡觉,不会释放!
3、使用的范围是不同的
- wait 必须在同步代码块中
- sleep 可以在任何敌方睡
4、是否需要捕获异常(忽略)
- wait 必须需要捕获异常
- sleep 必须要捕获异常
3、Lock锁(重点)
3.1、传统Synchronized
// 基本的卖票例子
/**
* 真正的多线程的开发,公司中的开发
* 线程就是一个单独的资源类,没有任何附属的操作
* 属性,方法
*/
public class SaleTicketDemo01 {
public static void main(String[] args) {
// 并发:多线程操作同一个资源类,把资源丢入线程
Ticket ticket = new Ticket();
// @FunctionalInterface 函数式接口,jdk1.8之后 lambda表达式 (参数)->{代码}
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 40 ; i++) {
ticket.sale();
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 40 ; i++) {
ticket.sale();
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 40 ; i++) {
ticket.sale();
}
}, "C").start();
}
}
// 资源类 OOP
class Ticket {
// 属性,方法
private int number = 50;
// 卖票的方式
// synchronized 本质:队列,锁
public synchronized void sale() {
if (number > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖出了第" + number + "票,剩余:" + (50-number));
number--;
}
}
}
3.2、Lock 接口
公平锁:十分公平:可以先来后到
非公平锁:十分不公平:可以插队(默认是非公平锁)
// 基本的卖票例子
/**
* 真正的多线程的开发,公司中的开发
* 线程就是一个单独的资源类,没有任何附属的操作
* 属性,方法
*/
public class SaleTicketDemo02 {
public static void main(String[] args) {
// 并发:多线程操作同一个资源类,把资源丢入线程
Ticket ticket = new Ticket();
// @FunctionalInterface 函数式接口,jdk1.8之后 lambda表达式 (参数)->{代码}
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 40 ; i++) {
ticket.sale();
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 40 ; i++) {
ticket.sale();
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 40 ; i++) {
ticket.sale();
}
}, "C").start();
}
}
// Lock三部曲
// 1、 new ReentrantLock();
// 2、 lock.lock(); // 加锁
// 3、 finally=> lock.unlock(); // 解锁
class Ticket2 {
// 属性,方法
private int number = 50;
Lock lock = new ReentrantLock();
// 卖票的方式
public void sale() {
lock.lock(); // 加锁
try {
// 业务代码
if (number > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "卖出了第" + number + "票,剩余:" + (50-number));
number--;
}
} finally {
lock.unlock(); // 解锁
}
}
}
3.3、Synchronized 和 Lock 区别
1、Synchronized 内置的Java关键字,Lock 是一个java类
2、Synchronized 无法判断获取锁的状态,Lock 可以判断是获取到了锁
3、Synchronized 会自动释放锁,Lick 必须要手动释放锁!如果不释放就会 死锁
4、Synchronized 线程1(获得锁,阻塞)、线程2(等待,傻傻的等);Lock 锁就不一定会等待下去
5、Synchronized 可重入锁,不可以中段的,非公平;Lock,可重入锁,可以判断锁,非公平(可以自己设置)
6、Synchronized 适合锁少量的代码同步问题,Lock 适合锁大量的同步代码!
锁是什么,如何判断锁的是谁?
4、生产者和消费者问题
面试:单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁
4.1、生产者和消费者问题 Synchronized 版
/**
* 线程之间的通信问题:生产者和消费者问题! 等待唤醒,通知唤醒
* 线程交替执行 A B 操作同一个变量 num=0
* A num+1
* B num-1
*/
public class A {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "B").start();
}
}
// 判断等待,业务,通知
class Data {// 数字 资源类
private int number = 0;
// +1
public synchronized void increment() throws InterruptedException {
if (number != 0) {
// 等待
this.wait();
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
// 通知线程其他线程,我+1完毕了
this.notifyAll();
}
// +1
public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
if (number == 0) {
// 等待
this.wait();
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
// 通知线程其他线程,我-1完毕了
this.notifyAll();
}
}
4.1.1、问题存在,A B C D 4 个线程! 虚假唤醒
public class A {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "C").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "D").start();
}
}
结果:
解决办法:if 改为 while 判断(防止虚假唤醒问题)
public class A {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "C").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "D").start();
}
}
// 判断等待,业务,通知
class Data {// 数字 资源类
private int number = 0;
// +1
public synchronized void increment() throws InterruptedException {
while (number != 0) {
// 等待
this.wait();
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
// 通知线程其他线程,我+1完毕了
this.notifyAll();
}
// +1
public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
while (number == 0) {
// 等待
this.wait();
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
// 通知线程其他线程,我-1完毕了
this.notifyAll();
}
}
结果正常:
4.2、JUC版的生产者和消费者问题
通过Lock 找到 Condition
代码实现:
public class B {
public static void main(String[] args) {
Data2 data = new Data2();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "C").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "D").start();
}
}
// 判断等待,业务,通知
class Data2 {// 数字 资源类
private int number = 0;
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
// condition.await(); // 等待
// condition.signalAll(); // 唤醒全部
// +1
public void increment() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (number != 0) {
// 等待
condition.await();
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
// 通知线程其他线程,我+1完毕了
condition.signalAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
// +1
public void decrement() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (number == 0) {
// 等待
condition.await();
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
// 通知线程其他线程,我-1完毕了
condition.signalAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
问题:随机的状态,我希望能有序执行ABCD
任何一个新的技术,绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术,优势和补充!
4.3、Condition 精准的通知和唤醒线程
代码实现:
/**
* A 执行完调用B ,B执行完调用C, C执行完调用A
*/
public class C {
public static void main(String[] args) {
Data3 data = new Data3();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
data.printA();
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
data.printB();
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
data.printC();
}
}, "C").start();
}
}
// 资源类 Lock
class Data3 {
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition1 = lock.newCondition();
private Condition condition2 = lock.newCondition();
private Condition condition3 = lock.newCondition();
private int number = 1; // 1A 2B 3C
public void printA() {
lock.lock();
try {
// 业务,判断-> 执行-> 通知
while (number != 1) {
// 等待
condition1.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>AAA");
// 唤醒,唤醒指定的人,B
number = 2;
condition2.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void printB() {
lock.lock();
try {
// 业务,判断-> 执行-> 通知
while (number != 2) {
// 等待
condition2.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>BBB");
// 唤醒,唤醒指定的人,B
number = 3;
condition3.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void printC() {
lock.lock();
try {
// 业务,判断-> 执行-> 通知
while (number != 3) {
// 等待
condition3.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>CCC");
// 唤醒,唤醒指定的人,B
number = 1;
condition1.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
结果:
5、8锁现象
如何判断锁的是谁!永远的知道什么锁,锁到底锁的是谁!
8锁,就是关于锁的8个问题
- 1、标准情况下,两个线程先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话
- 2、sendSms延迟4秒,两个线程先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话
/**
* 8锁,就是关于锁的8个问题
* 1、标准情况下,两个线程先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话
* 2、sendSms延迟4秒,两个线程先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话
*/
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
Phone phone = new Phone();
// 有锁的存在
new Thread(() -> {
phone.sendSms();
}, "A").start();
// 捕获
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(() -> {
phone.call();
}, "B").start();
}
}
class Phone {
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
// 两个方法用的是同一个锁,谁先拿到谁执行
public synchronized void sendSms() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("发短信");
}
public synchronized void call() {
System.out.println("打电话");
}
}
- 3、增加了一个普通方法!先执行 发短信 还是 hello? 1/hello(普通方法) 2/发短信
- 4、两个对象、两个同步方法,先执行 发短信 还是 打电话? 1/打电话 2/发短信
/**
* 3、增加了一个普通方法!先执行 发短信 还是 hello? 1/hello(普通方法) 2/发短信
* 4、两个对象、两个同步方法,先执行 发短信 还是 打电话? 1/打电话 2/发短信
*/
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
// 两个对象,两个调用者,两把锁!
Phone2 phone1 = new Phone2();
Phone2 phone2 = new Phone2();
// 有锁的存在
new Thread(() -> {
phone1.sendSms();
}, "A").start();
// 捕获
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(() -> {
phone2.call();
}, "B").start();
}
}
class Phone2 {
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
// 两个方法用的是同一个锁,谁先拿到谁执行
public synchronized void sendSms() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("发短信");
}
public synchronized void call() {
System.out.println("打电话");
}
// 这里没有锁!不是同步方法,不受锁的影响
public void hello() {
System.out.println("Hello");
}
}
- 5、增加两个静态的同步方法,只有一个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话 (锁的是Class)
- 6、两个对象!增加两个静态的同步方法,只有一个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话 (锁的还是Class)
/**
* 5、增加两个静态的同步方法,只有一个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话 (锁的是Class)
* 6、两个对象!增加两个静态的同步方法,只有一个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/发短信 2/打电话 (锁的还是Class)
*/
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
// 两个对象的class类模板只有一个,static
Phone3 phone1 = new Phone3();
Phone3 phone2 = new Phone3();
// 有锁的存在
new Thread(() -> {
phone1.sendSms();
}, "A").start();
// 捕获
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(() -> {
phone2.call();
}, "B").start();
}
}
// Phone3唯一的一个 class 对象
class Phone3 {
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
// static 静态方法
// 类一加载就有了!锁的是Class
public static synchronized void sendSms() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("发短信");
}
public static synchronized void call() {
System.out.println("打电话");
}
}
- 7、一个静态同步方法,一个普通同步方法,只有一个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/打电话 2/发短信
- 8、一个静态同步方法,一个普通同步方法,两个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/打电话 2/发短信
/**
* 7、一个静态同步方法,一个普通同步方法,只有一个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/打电话 2/发短信
* 8、一个静态同步方法,一个普通同步方法,两个对象,先打印 发短信 还是 打电话? 1/打电话 2/发短信
*/
public class Test4 {
public static void main(String[] args) {
// 两个对象的class类模板只有一个,static
Phone4 phone1 = new Phone4();
Phone4 phone2 = new Phone4();
// 有锁的存在
new Thread(() -> {
phone1.sendSms();
}, "A").start();
// 捕获
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(() -> {
phone2.call();
}, "B").start();
}
}
// Phone3唯一的一个 class 对象
class Phone4 {
// 静态同步方法 锁的是Class类模板
public static synchronized void sendSms() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("发短信");
}
// 普通同步方法 锁的是调用锁
public synchronized void call() {
System.out.println("打电话");
}
}
小结:
new this 具体的一个手机
static Class 唯一的模板
6、集合类不安全
6.1、List 不安全
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
new Thread(() -> {
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(list);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
运行有概率会报错:
java.util.ConcurrentModificationException:并发修改异常
解决方案:
-
使用 Vector 类,因为 Vector 的 add 方法带有synchronized 关键字,线程安全(Vector为JDK1.0出的,ArrayList为JDK1.2出的)
-
使用 Collections.synchronizedList 包装 ArrayList类
SynchronizedRandomAccessList 类继承的是 SynchronizedList 类,而 SynchronizedList 类可以看到所有的操作都是上了锁的,synchronized (mutex),锁对象是mutex是来自SynchronizedCollection父类
-
使用 CopyOnWriteArrayList 类,它的 add 方法 使用的是 Lock 的 ReentrantLock锁(可重入锁)
// java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常!
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
// 并发下 ArrayList 不安全的
/**
* 解决方案:
* 1、List<String> list = new Vector<>(); // Vector是jdk1.0出的,ArrayList是jdk1.2出的
* 2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
* 3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
*/
// CopyOnWrite 写入时复制 COW 计算机程序设计领域的一种优化策略
// 多个线程调用的时候,list,读取的时候,固定的,写入(覆盖)
// 在写入的时候避免覆盖,造成数据问题!
// 读写分离
// CopyOnWriteArrayList 比 Vector nb 在哪里? 使用 synchronized 相对 lock 效率低
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
new Thread(() -> {
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(list);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
6.2、Set 不安全
public class SetTest {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new HashSet<>();
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
new Thread(() -> {
set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(set);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
运行有概率会报错:
java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常
解决方案:
-
使用 Collections.synchronizedSet 包装 HashSet
SynchronizedSet 类可以看到继承 SynchronizedCollection 父类
而父类所有操作都上了锁
-
使用 CopyOnWriteArraySet 类,底层和 CopyOnWriteArrayList 类相似,都用了 Lock 的 ReentrantLock锁(可重入锁)
/**
* 同理可证 java.util.ConcurrentModificationException
* 1、Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
* 2、Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
*/
public class SetTest {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
new Thread(() -> {
set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(set);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
6.2.1、HashSet底层是什么?
本质:
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
add 方法的本质:
// set 本质就是 map的key,key是无法重复的
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
// 与支持 Map 中的对象关联的虚拟值
private static final Object PRESENT = new Object(); // 不变的值
6.3、Map不安全
回顾Map的基本操作
// java.util.ConcurrentModificationException
public class MapTest {
public static void main(String[] args) {
// map 是这样用的吗? 不是,工作中不用 HashMap
// 默认等价于什么? new HashMap<>(16, 0.75);
Map<String, String> map = new HashMap<>();
// 加载因子(默认0.75)、初始化容量(默认16)
for (int i = 1; i <= 30; i++) {
new Thread(() -> {
map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(map);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
运行报错:
java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常
解决方案:
-
使用 Collections.synchronizedMap 包装 HashMap
可以看到 SynchronizedMap 所有操作都上了锁
-
使用 ConcurrentHashMap 类
put() 调用了 putVal()
而 putVal() 中使用了 synchronized 同步块
/**
* java.util.ConcurrentModificationException
* 1、Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
* 2、Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
*/
public class MapTest {
public static void main(String[] args) {
// map 是这样用的吗? 不是,工作中不用 HashMap
// 默认等价于什么? new HashMap<>(16, 0.75);
Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
// 加载因子(默认0.75)、初始化容量(默认16)
for (int i = 1; i <= 30; i++) {
new Thread(() -> {
map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(map);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
7、Callable(简单)
Callable 相较于 Runnable 的区别
1、Callable 可以有返回值
2、Callable 可以抛出异常
3、方法不同,Runnable是run() Callable是call()
论 Thread 如何调用 Callable
代码测试
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// new Thread(new Runnable()).start();
// new Thread(new FutureTask<V>()).start();
// new Thread(new FutureTask<V>(Callable)).start();
// new Thread().start(); // 怎么启动Callable
MyThread thread = new MyThread();
// 适配类
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(thread);
new Thread(futureTask, "A").start();
new Thread(futureTask, "B").start(); // 不执行(具体实现查看源码)
// 获取 Callable 的返回结果
Integer integer = futureTask.get(); // 这个 get 方法可能会产生堵塞,把它放到最后
// 或者使用异步通信来处理!
System.out.println(integer);
}
}
class MyThread implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("call()"); // 会打印几个call
// 耗时的操作
return 1024;
}
}
运行结果:
细节:
1、会保存数据在 outcome 中,第二次会判断 status 然后直接 return,只执行一次 FutureTask 的 run 方法
2、结果可能需要等待,会阻塞!
8、常用的辅助类(必会)
8.1、CountDownLatch
代码演示
// 计数器
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 总数是6,必须要执行任务的时候,再使用!
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
for (int i = 1; i <= 6; i++) {
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Go out");
countDownLatch.countDown(); // -1
}, String.valueOf(i)).start();
}
countDownLatch.await(); // 等待计数器归零,然后再向下执行
System.out.println("Close door");
}
}
结果:
原理:
countDownLatch.countDown();
// 数量-1
countDownLatch.await();
// 等待计数器归零,然后再向下执行
每次有线程调用 countDown() 数量-1,假设计数器变为0,countDownLatch.await() 就会被唤醒,继续执行!
8.2、CyclicBarrier
加法计数器
代码演示
public class CyclicBarrierDemo {
public static void main(String[] args) {
/**
* 集齐7颗龙珠召唤神龙
*/
// 召唤龙珠的线程
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> {
System.out.println("召唤神龙成功");
});
for (int i = 1; i <= 7; i++) {
// lambda表达式能操作变量i吗? 不能,必须要用final定义一个临时变量
final int temp = i;
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + temp + "龙珠");
try {
cyclicBarrier.await(); //等待
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
}
结果:
8.3、Semaphore
Semaphore:信号量
代码演示
抢车位!
6车—3个停车位置
public class SemaphoreDemo {
public static void main(String[] args) {
// 构造参数 默认线程数量:类似停车位 用来限流
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
for (int i = 1; i <= 6; i++) {
new Thread(() -> {
// acquire() 得到
// release() 释放
try {
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到车位");
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "离开车位");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release();
}
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
运行结果:线程释放完后其他线程才能进入
原理:
semaphore.acquire()
获得,假设如果已经满了,等待,等待被释放为止!
semaphore.release();
释放,会将当前的信号量释放 + 1,然后唤醒等待的线程!
作用: 多个共享资源互斥的使用!并发限流,控制最大的线程数!
9、读写锁
ReadWriteLock
未加读写锁之前
/**
* ReadWriteLock
*/
public class ReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) {
MyCache myCache = new MyCache();
// 写入
for (int i = 1; i <= 5 ; i++ ) {
final int temp = i;
new Thread(() -> {
myCache.put(temp + "", temp + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
// 读取
for (int i = 1; i <= 5 ; i++ ) {
final int temp = i;
new Thread(() -> {
myCache.get(temp + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
/**
* 自定义缓存
*/
class MyCache {
// volatile 保证内存可见性
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
// 存,写
public void put(String key, Object value) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key);
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入完毕");
}
// 取,读
public void get(String key) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
Object o = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取完毕");
}
}
运行结果:发现写入的时候被插队了
加上读写锁后
/**
* 独占锁、排它锁(写锁):一次只能被一个线程占有
* 共享锁(读锁):多个线程可以同时占有
* ReadWriteLock
* 读-读 可以共存!
* 读-写 不能共存!
* 写-写 不能共存!
*/
public class ReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) {
// MyCache myCache = new MyCache();
MyCacheLock myCacheLock = new MyCacheLock();
// 写入
for (int i = 1; i <= 5 ; i++ ) {
final int temp = i;
new Thread(() -> {
myCacheLock.put(temp + "", temp + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
// 读取
for (int i = 1; i <= 5 ; i++ ) {
final int temp = i;
new Thread(() -> {
myCacheLock.get(temp + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
// 加锁的
class MyCacheLock {
// volatile 保证内存可见性
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
// 读写锁:更加细粒度的控制
private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
// 存,写入的时候,只希望只能有一个线程写
public void put(String key, Object value) {
readWriteLock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key);
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入完毕");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
readWriteLock.writeLock().unlock();
}
}
// 取,读,所有人都可以读
// 必须加读锁,为了是防止在写的时候进行读操作,会造成脏读现象
public void get(String key) {
readWriteLock.readLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
Object o = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取完毕");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
readWriteLock.readLock().unlock();
}
}
}
结果:不会存在插队
要点:
- 独占锁、排它锁(写锁):一次只能被一个线程占有
- 共享锁(读锁):多个线程可以同时占有
- ReadWriteLock
- 读-读 可以共存!
- 读-写 不能共存!
- 写-写 不能共存!
10、阻塞队列
阻塞队列:
10.1、BlockingQueue
BlockingQueue 不是新的东西
什么情况下我们会使用 阻塞队列:多线程并发处理,线程池!
学会使用队列
添加、移除
四组API
方式 | 抛出异常 | 有返回值,不抛出异常 | 阻塞 等待 | 超时等待 |
---|---|---|---|---|
添加 | add | offer() | put() | offer(,) |
移除 | remove | poll() | take() | poll(,) |
检测队首元素 | element | peek | - | - |
代码演示
/**
* 抛出异常
*/
public static void test1() {
// 队列的大小
ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(blockingQueue.add("a"));
System.out.println(blockingQueue.add("b"));
System.out.println(blockingQueue.add("c"));
// java.lang.IllegalStateException: Queue full 抛出异常
// System.out.println(blockingQueue.add("d"));
System.out.println("====================");
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
// java.util.NoSuchElementException 抛出异常
// System.out.println(blockingQueue.remove());
}
/**
* 有返回值,不抛出异常
*/
public static void test2() {
// 队列的大小
ArrayBlockingQueue<Object> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
System.out.println(blockingQueue.offer("d")); // false 不抛出异常
System.out.println("=========================");
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll()); // null 不出抛出异常
}
/**
* 等待,阻塞(一直阻塞)
*/
public static void test3() throws InterruptedException {
ArrayBlockingQueue<Object> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
// 一直阻塞
blockingQueue.put("a");
blockingQueue.put("b");
blockingQueue.put("c");
// blockingQueue.put("d"); // 队列没有位置了,一直等待
System.out.println(blockingQueue.take());
System.out.println(blockingQueue.take());
System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take()); // 没有这个元素,一直等待
}
/**
* 等待,阻塞(等待超时)
*/
public static void test4() throws InterruptedException {
ArrayBlockingQueue<Object> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
System.out.println(blockingQueue.offer("d", 2, TimeUnit.SECONDS)); // 等待超过2秒就退出
System.out.println("==================");
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS)); // 等待超过2秒就退出
}
10.2、SynchronousQueue 同步队列
没有容量,
进去一个元素,必须等待取出来之后,才能再往里面放一个元素!
put:放入 take:取出
代码演示
/**
* 同步队列
* 和其他的 BlockingQueue 不一样,SynchronousQueue 不存储元素
* put了一个元素,必须从里面先take取出来,否则不能再put进去值!
*/
public class SynchronousQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
SynchronousQueue<String> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队列
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 1 ");
synchronousQueue.put("1");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 2 ");
synchronousQueue.put("2");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 3 ");
synchronousQueue.put("3");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "T1").start();
new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => " + synchronousQueue.take());
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => " + synchronousQueue.take());
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => " + synchronousQueue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "T2").start();
}
}
运行结果:
11、线程池(重点)
线程池:三大方法、7大参数、4种拒绝策略
11.1、池化技术
程序的运行,本质:占用系统的资源!优化资源的使用!=> 池化技术
线程池,连接池,内存池,对象池(创建和销毁,十分浪费资源)
池化技术:事先准备好一些资源,有人要用,就来我这里拿,用完之后还给我
线程池的好处:
- 降低资源的消耗
- 提高响应的速度
- 方便管理
线程复用、可以控制最大并发数、管理线程
11.2、线程池:三大方法
以下为阿里巴巴规范手册中:
代码演示
// Executors 工具类、三大方法
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();// 单个线程
// ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个固定的线程池的大小
// ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 可伸缩的,遇强则强,遇弱则弱
try {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
// 使用线程池之后,使用线程池来创建线程
threadPool.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 线程池用完,程序结束,关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
}
Executors.newSingleThreadExecutor()
单个线程运行:
Executors.newFixedThreadPool(5)
固定线程池大小运行:
Executors.newCachedThreadPool()
可伸缩大小运行:
11.3、7大参数
源码分析:
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
// 本质:ThreadPoolExecutor()
/**
* @param corePoolSize // 核心线程池大小
* @param maximumPoolSize // 最大线程池大小
* @param keepAliveTime // 空闲线程存活时间
* @param unit // 存活时间单位
* @param workQueue // 阻塞队列
* @param threadFactory // 线程工厂:创建线程的,一般不用动
* @param handler // 拒绝策略
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
null :
AccessController.getContext();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
举个例子理解:
手动创建一个线程池
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
// 自定义线程池
ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
2,
5,
3,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(3),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 银行满了,还有人进来,不处理这个人的,抛出异常
);
try {
// 最大承载是:maximumPoolSize + 阻塞队列的 capacity
// 超过最大承载会抛出 java.util.concurrent.RejectedExecutionException 异常
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
// 使用线程池之后,使用线程池来创建线程
threadPool.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 线程池用完,程序结束,关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
11.4、4种拒绝策略
/**
* new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 银行满了,还有人进来,不处理这个人的,抛出异常
* new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 哪来的去哪里!由调用线程处理
* new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() // 队列满了,丢掉任务,不会抛出异常!
* new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() // 队列满了,尝试去和最早的竞争,也不会抛出异常!
*/
11.5、小结及IO密集型和CPU密集型拓展
池的最大的大小如何去设置!
了解:IO密集型,CPU密集型:(调优)
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
// 自定义线程池
// 最大线程池如何定义
// 1、CPU 密集型 几核,就是几 可以保证CPU效率最高 12条线程同时执行
// 2、IO 密集型 > 判断你程序中十分耗IO的线程
// 程序 15个大型任务 io十分占用资源!
System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
2,
5,
3,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(3),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 银行满了,还有人进来,不处理这个人的,抛出异常
);
try {
// 最大承载是:maximumPoolSize + 阻塞队列的 capacity
// 超过最大承载会抛出 java.util.concurrent.RejectedExecutionException 异常
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
// 使用线程池之后,使用线程池来创建线程
threadPool.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 线程池用完,程序结束,关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
}
12、四大函数式接口(必需掌握)
新时代的程序员:lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
12.1、函数式接口:
只有一个方法的接口
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
// 泛型、枚举、反射
// lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
// 超级多FunctionalInterface
// 简化编程模型,在新版本的框架底层大量应用!
// foreach(消费者类型的函数式接口)
代码测试:
Function函数式接口
/**
* function 函数型接口,有一个输入参数,有一个返回类型
* 只要是 函数型接口 可以 用 lambda表达式简化
*/
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
// 工具类,输出输入的值
// Function function = new Function<String, String>() {
// @Override
// public String apply(String str) {
// return str;
// }
// };
// Function<String, String> function = (Function<String, String>) str -> {
// return str;
// };
// Function<String, String> function = str -> {
// return str;
// } ;
Function<String, String> function = str -> str;
System.out.println(function.apply("abc"));
}
}
12.2、断定型接口:
有一个输入参数,返回值只能是 布尔值!
/**
* 断定型接口:有一个输入参数,返回值只能时 布尔值!
*/
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
// 判断字符串是否为空
// Predicate<String> predicate = new Predicate<String>() {
// @Override
// public boolean test(String str) {
// return str.isEmpty();
// }
// };
Predicate<String> predicate = str -> str.isEmpty();
System.out.println(predicate.test(""));
}
}
12.3、Consumer 消费型接口
只有输入,没有返回值
/**
* Consumer 消费型接口: 只有输入,没有返回值
*/
public class Demo03 {
public static void main(String[] args) {
// Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {
// @Override
// public void accept(String str) {
// System.out.println(str);
// }
// };
Consumer<String> consumer = str -> System.out.println(str);
consumer.accept("abx");
}
}
12.4、Supplier 供给型接口
没有参数,只有返回值
/**
* Supplier 供给型接口 没有参数,只有返回值
*/
public class Demo04 {
public static void main(String[] args) {
// Supplier<String> supplier = new Supplier<String>() {
// @Override
// public String get() {
// return "1024";
// }
// };
Supplier<String> supplier = () -> "1024";
System.out.println(supplier.get());
}
}
13、Stream流式计算
什么是Stream流式计算
Stream(流)是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作
大数据时代:存储 + 计算
集合、MySQL 本质就是存储东西的;
计算都应该交给流来操作!
/**
* 题目要求:一分钟内完成此题,只能用一行代码实现!
* 现在有5个用户!筛选:
* 1、ID 必须是偶数
* 2、年龄必须大于23岁
* 3、用户名转为大写字母
* 4、用户名字母倒着排序
* 5、只输出一个用户!
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
User u1 = new User(1, "a", 21);
User u2 = new User(2, "b", 22);
User u3 = new User(3, "c", 23);
User u4 = new User(4, "d", 24);
User u5 = new User(5, "e", 25);
// 集合就是存储
List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);
// 计算交给stream流
// lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
// 第一种倒序排序
// list.stream()
// .filter(u -> u.getId() % 2 == 0)
// .filter(u -> u.getAge() > 23)
// .peek(u -> u.setName(u.getName().toUpperCase()))
// .sorted((a, b) -> b.getName().compareTo(a.getName()))
// .limit(1)
// .forEach(System.out::println);
// 第二种倒序排序
list.stream()
.filter(u -> u.getId() % 2 == 0)
.filter(u -> u.getAge() > 23)
.peek(u -> u.setName(u.getName().toUpperCase()))
.sorted(Comparator.comparing(User::getName).reversed())
.limit(1)
.forEach(System.out::println);
}
}
14、ForkJoin
什么是 ForkJoin
ForkJoin 在 JDK 1.7 , 并行执行任务!提高效率。大数据量!
大数据:Map Reduce (把大任务拆分为小任务)
ForkJoin 特点:工作窃取
这个里面维护的都是双端队列
ForkJoin
/**
* 求和计算的任务!
* 3000 6000(ForkJoin) 9000(Stream并行流)
* // 如何使用 forkjoin
* // 1、forkjoinPool 通过它来执行
* // 2、计算任务 forkjoinPool.execute(ForkJoinTask task)
* // 3. 计算类要继承 ForkJoinTask
*/
public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {
private Long start;
private Long end;
// 临界值
private Long temp = 10000L;
public ForkJoinDemo(Long start, Long end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
// 计算方法
@Override
protected Long compute() {
if ((end - start) < temp) {
long sum = 0L;
for (Long i = start; i <= end; i++) {
sum+=i;
}
return sum;
} else {
long middle = (start + end) / 2; // 中间值
ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, middle);
task1.fork(); // 拆分任务,把任务压入线程队列
ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(middle + 1, end);
task2.fork(); // 拆分任务,把任务压入线程队列
return task1.join() + task2.join();
}
}
}
测试
/**
* 同一个任务,别人效率高你几十倍!
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// test1(); // 10035
// test2(); // 5409
// test3(); // 434
}
// 普通程序员
public static void test1() {
Long sum = 0L;
long start = System.currentTimeMillis();
for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000; i++) {
sum += i;
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("sum="+ sum +" 时间:" + (end - start));
}
// 会使用ForkJoin
public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
long start = System.currentTimeMillis();
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(1L, 10_0000_0000L);
ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);// 提交任务
long sum = submit.get();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("sum="+ sum +" 时间:" + (end - start));
}
// stream 并行流
public static void test3() {
long start = System.currentTimeMillis();
long sum = LongStream.rangeClosed(1L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("sum="+ sum +" 时间:" + (end - start));
}
}
15、异步回调
Future 设计的初衷: 对将来的某个事件的结果进行建模
/**
* 异步调用: CompletableFuture
* // 异步执行
* // 成功回调
* // 失败回调
*/
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 没有返回值的 runAsync 异步回调
// CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
// try {
// TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
// } catch (InterruptedException e) {
// throw new RuntimeException(e);
// }
// System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "runAsync=>Void");
// });
//
// System.out.println("1111");
// completableFuture.get(); // 获取执行结果
// 有返回值的 supplyAsync 异步回调
// ajax,成功和失败的回调
// 返回的是错误信息;
CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "supplyAsync=>Integer");
int i = 10/0;
return 1024;
});
System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
System.out.println("t=" + t); // 正常的返回结果
System.out.println("u=" + u); // 错误信息 java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
}).exceptionally((e) -> {
System.out.println(e.getMessage());
return 233;
}).get());
}
}
16、JMM
请你谈谈你对 Volatile 的理解
Volatile 是 Java 虚拟机提供的轻量级的同步机制
1、保证可见性
2、不保证原子性
3、禁止指令重排
什么是JMM
JMM(Java memory model): Java内存模型。不存在的东西,概念!约定!
关于JMM的一些同步的约定:
1、线程解锁前,必须把共享变量 立刻 刷回主存。
2、线程加锁前,必须读取主存中的最新值到工作内存中!
3、加锁和解锁是同一把锁
线程 工作内存 、主内存
8种操作:
这里是先store再write
内存交互操作有8种,虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的,不可在分的(对于double和long类型的变量来说,load、store、read和write操作在某些平台上允许例外)
- lock (锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为线程独占状态
- unlock (解锁):作用于主内存的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定
- read (读取):作用于主内存变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用
- load (载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主存中变量放入工作内存中
- use (使用):作用于工作内存中的变量,它把工作内存中的变量传输给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值,就会使用到这个指令
- assign (赋值):作用于工作内存中的变量,它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
- store (存储):作用于主内存中的变量,它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便后续的write使用
- write (写入):作用于主内存中的变量,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中
JMM对这八种指令的使用,制定了如下规则:
- 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load,使用了store必须write
- 不允许线程丢弃他最近的assign操作,即工作变量的数据改变了之后,必须告知主存
- 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
- 一个新的变量必须在主内存中诞生,不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前,必须经过assign和load操作
- 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后,必须执行相同次数的unlock才能解锁
- 如果对一个变量进行lock操作,会清空所有工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前,必须重新load或assign操作初始化变量的值
- 如果一个变量没有被lock,就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前,必须把此变量同步回主内存
问题: 程序不知道主内存的值已经被修改过了
public class JMMDemo {
private static int num = 0;
public static void main(String[] args) { // main
new Thread(() -> {
while (num == 0) {
}
}).start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
num = 1;
System.out.println(num);
}
}
输出结果了,但是程序没有停
17、Volatile
17.1、保证可见性
加上volatile
public class JMMDemo {
// 不加 volatile 程序就会死循环
// 加 volatile 可以保证可见性
private volatile static int num = 0;
public static void main(String[] args) { // main
new Thread(() -> {
while (num == 0) {
}
}).start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
num = 1;
System.out.println(num);
}
}
17.2、不保证原子性
原子性 : 不可分割
线程A在执行任务的时候,不能被打扰的,也不能被分割。要么同时成功,要么同时失败。
// 不保证原子性
public class VDemo02 {
// volatile 不保证原子性
private volatile static int num = 0;
public static void add() {
num++; // 不是一个原子性操作
}
public static void main(String[] args) {
// 理论上为两万
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
add();
}
}).start();
}
while (Thread.activeCount() > 2) { // main 和 gc 默认执行
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
}
}
如果不加 lock 和 synchronized ,怎么样保证原子性
使用原子类,解决 原子性问题
// 不保证原子性
public class VDemo02 {
// volatile 不保证原子性
// 原子类的 Integer
private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);
public static void add() {
// num++; // 不是一个原子性操作
num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法, CAS
}
public static void main(String[] args) {
// 理论上为两万
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
add();
}
}).start();
}
while (Thread.activeCount() > 2) { // main 和 gc 默认执行
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
}
}
这些类的底层都直接和操作系统挂钩!在内存中修改值!Unsafe类是一个很特殊的存在!
17.3、指令重排
什么是 指令重排:你写的程序,计算机并不是按照你写的那样去执行的。
源代码–>编译器优化的重排–> 指令并行也可能会重排–> 内存系统也会重排—> 执行
处理器在进行指令重排的时候,考虑:数据之间的依赖性!
int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3
y = x + x; // 4
我们所期望的:1234 2134 1324
不可能是 4213
可能造成影响的结果: a b x y 这四个值默认都是 0;
线程A | 线程B |
---|---|
x=a | y=b |
b=1 | a=2 |
正常的结果: x = 0;y = 0;但是可能由于指令重排
线程A | 线程B |
---|---|
b=1 | a=2 |
x=a | y=b |
指令重排导致的诡异结果: x = 2;y = 1;
非计算机专业
volatile可以避免指令重排:
内存屏障。CPU指令。作用:
1、保证特定的操作的执行顺序!
2、可以保证某些变量的内存可见性 (利用这些特性volatile实现了可见性)
Volatile 是可以保持 可见性。不能保证原子性,由于内存屏障,可以保证避免指令重排的现象产生!
18、彻底玩转单例模式
饿汉式 DCL懒汉式 ,探究!
饿汉式
// 饿汉式单例
public class Hungry {
// 可能会浪费空间
private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
private byte[] data4 = new byte[1024*1024];
private Hungry() {
}
private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();
public static Hungry getInstance() {
return HUNGRY;
}
}
懒汉式单例
// 懒汉式单例
// 道高一尺魔高一丈
public class LazyMan {
private static boolean flag = false;
private LazyMan() {
synchronized (LazyMan.class) {
if (flag == false) {
flag = true;
} else {
throw new RuntimeException("不用试图使用反射破坏异常");
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
}
private volatile static LazyMan lazyMan;
// 双重检测锁模式的 懒汉式单例 DCL懒汉式
public static LazyMan getInstance() {
if (lazyMan == null) {
synchronized (LazyMan.class) {
if (lazyMan == null) {
lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作
/**
* 1.分配内存空间
* 2.执行构造方法,初始化内存对象
* 3.把这个对象指向这个空间
*/
}
}
}
return lazyMan;
}
// 反射!
public static void main(String[] args) throws Exception {
// LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
Field flag = LazyMan.class.getDeclaredField("flag");
flag.setAccessible(true);
Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructor.setAccessible(true);
LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();
flag.set(instance, false);
LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance);
System.out.println(instance2);
}
}
静态内部类
// 静态内部类
public class Holder {
private Holder() {
}
public static Holder getInstance() {
return InnerClass.HOLDER;
}
public static class InnerClass {
private static final Holder HOLDER = new Holder();
}
}
单例不安全,有反射
枚举
查看反射的newInstance()
方法,发现不能对枚举类使用
测试
// enum 是一个什么? 本身也是一个Class类
public enum EnumSingle {
INSTANCE;
public EnumSingle getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
class Test{
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
declaredConstructor.setAccessible(true);
EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance1);
// NoSuchMethodException: com.dt.single.EnumSingle.<init>(java.lang.String, java.lang.Integer)
System.out.println(instance2);
}
}
反编译class文件:
枚举类型的最终反编译源码:
// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3)
// Source File Name: EnumSingle.java
package com.dt.single;
public final class EnumSingle extends Enum
{
public static EnumSingle[] values()
{
return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
}
public static EnumSingle valueOf(String name)
{
return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/dt/single/EnumSingle, name);
}
private EnumSingle(String s, int i)
{
super(s, i);
}
public EnumSingle getInstance()
{
return INSTANCE;
}
public static final EnumSingle INSTANCE;
private static final EnumSingle $VALUES[];
static
{
INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
$VALUES = (new EnumSingle[] {
INSTANCE
});
}
}
19、深入理解CAS
19.1、什么是 CAS(compare and swap)
大厂你必须要深入研究底层!有所突破! 修内功,操作系统,计算机网络原理
public class CASDemo {
// CAS compareAndSet:比较并交换
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
// 期望、更新
// public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
// 如果我的期望值达到了,那么就会更新,否则,就不更新, CAS 是CPU的并发原语!
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
System.out.println(atomicInteger.get());
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
System.out.println(atomicInteger.get());
}
}
19.2、Unsafe 类
CAS : 比较当前工作内存中的值和主内存中的值,如果这个值是期望的,那么则执行操作!如果不是就一直循环!
缺点:
1、 循环会耗时
2、一次性只能保证一个共享变量的原子性
3、ABA问题
19.3、CAS : ABA 问题(狸猫换太子)
例子
public class CASDemo {
// CAS compareAndSet:比较并交换
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
// 期望、更新
// public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
// 如果我的期望值达到了,那么就会更新,否则,就不更新, CAS 是CPU的并发原语!
// ============== 捣乱的线程 ==================
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
System.out.println(atomicInteger.get());
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
System.out.println(atomicInteger.get());
// ============== 期望的线程 ==================
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666));
System.out.println(atomicInteger.get());
}
}
20、原子引用
解决ABA 问题,引入原子引用! 对应的思想:乐观锁!
带版本号 的原子操作!
public class CASBAB {
public static void main(String[] args) {
// AtomicStampedReference 注意,如果泛型是一个包装类,注意对象的引用问题
// 正常在业务操作中,这里面比较的都是一个个对象
// integer默认缓存-128->127,超过这个范围就要new对象了,就会分配新的地址,我们看到源码是==,非数值类型,我们比较的是对象的地址
AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);
new Thread(() -> {
int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
System.out.println("a1=>" + stamp);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2,
atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
System.out.println("a2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1,
atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
System.out.println("a3=>" + atomicStampedReference.getStamp());
}, "a").start();
// 乐观锁的原理相同
new Thread(() -> {
int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
System.out.println("b1=>" + stamp);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6,
stamp, stamp + 1));
System.out.println("b2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
}, "b").start();
}
}
注意:
Integer 使用了对象缓存机制,默认范围是 -128 ~ 127 ,推荐使用静态工厂方法 valueOf 获取对象实例,而不是 new,因为 valueOf 使用缓存,而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间;
21、各种锁的理解
21.1、公平锁、非公平锁
公平锁: 非常公平, 不能够插队,必须先来后到!
非公平锁:非常不公平,可以插队 (默认都是非公平)
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
21.2、可重入锁
可重入锁(递归锁)
Synchronized版
// Synchronized
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
Phone phone = new Phone();
new Thread(() -> {
phone.sms();
},"A").start();
new Thread(() -> {
phone.sms();
},"B").start();
}
}
class Phone {
public synchronized void sms() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sms");
call(); // 这里也有锁
}
public synchronized void call() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call");
}
}
结果:
A sms
A call
B sms
B call
lock版
// lcok
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
Phone2 phone = new Phone2();
new Thread(() -> {
phone.sms();
},"A").start();
new Thread(() -> {
phone.sms();
},"B").start();
}
}
class Phone2 {
Lock lock = new ReentrantLock();
public void sms() {
lock.lock(); // 细节问题:lock.lock(); lock.unlock(); // lock 锁必须配对,否则就会死在里面
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sms");
call(); // 这里也有锁
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.unlock();
lock.unlock();
}
}
public void call() {
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call");
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
21.3、自旋锁
spinlock
我们来自定义一个锁测试
/**
* 自旋锁
*/
public class SpinlockDemo {
AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();
// 加锁
public void myLock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myLock");
// 自旋锁
while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {
}
}
// 解锁
public void myUnlock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock");
atomicReference.compareAndSet(thread, null);
}
}
测试
public class TestSpinLock {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
// reentrantLock.lock();
// reentrantLock.unlock();
// 底层使用自旋锁
SpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();
new Thread(() -> {
lock.myLock();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.myUnlock();
}
}, "T1").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
lock.myLock();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.myUnlock();
}
}, "T2").start();
}
}
结果:
T1==> myLock
T2==> myLock
T1==> myUnlock
T2==> myUnlock
21.4、死锁
死锁是什么
死锁测试,怎么排除死锁:
public class DeadLockDemo {
public static void main(String[] args) {
String lockA = "lockA";
String lockB = "lockB";
new Thread(new MyThread(lockA, lockB), "T1").start();
new Thread(new MyThread(lockB, lockA), "T2").start();
}
}
class MyThread implements Runnable {
private String lockA;
private String lockB;
public MyThread(String lockA, String lockB) {
this.lockA = lockA;
this.lockB = lockB;
}
@Override
public void run() {
synchronized (lockA) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockA + "=>get" + lockB);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
synchronized (lockB) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockB + "=>get" + lockA);
}
}
}
}
解决问题
1、使用 jps -l
定位进程号
2、使用 jstack 进程号
找到死锁问题
面试,工作中! 排查问题:
1、日志 9人回答
2、堆栈 1人回答