JavaJUC

多线程进阶->JUC并发编程

1、什么是JUC?

JUC，即java.util.concurrent包的缩写，是java原生的并发包和一些常用的工具类

学习途径：源码、官方文档

业务：普通的线程代码 Thread

Runnable 没有返回值，效率比 Callable低！

2、进程和线程

进程：—个程序，QQ.exe、Music.exe程序的集合

一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个线程！

java默认有几个线程？2个，mian、GC

线程：开了一个进程 Typora，写字，自动保存（由线程负责）

java创建线程的方式：Thread、Runnable、Callable

java真的可以开启线程吗？ 不能，java无法直接操作硬件，通过调用底层的C/C++实现。

并发、并行

并发（多个线程操作同一个资源）

• CPU一个核，模拟出来多条线程，快速交替，同一时刻只有一个线程在执行。

并行（多个人一起行走）

• CPU多个核，多个线程可以同时执行。线程池

package com.juc.test;

public class Processors {
    public static void main(String[] args) {
        //获取CPU处理器数量 4核8线程
        //CPU密集型，IO密集型
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors()); //8
    }
}

并发编程的本质：充分利用CPU的资源

线程有多少个状态？

6个

public enum State {
    //新生
    NEW,

    //运行
    RUNNABLE,

    //阻塞
    BLOCKED,

    //等待，一直等
    WAITING,

    //超时等待，过时不候
    TIMED_WAITING,

    //终止
    TERMINATED;
}

wait和sleep的区别

1、来自不同的类

wait->Object类

sleep->Thread类

2、关于锁的释放

wait 会释放锁。

sleep 睡着了，它像是抱着锁睡觉，不会释放锁！

3、使用的范围是不同的

wait 只能在同步代码块中使用

sleep 可以在任何地方使用，它可以在任何地方睡觉。

4、是否需要捕获异常

wait 不需要捕获异常

sleep 必须要捕获异常

3、Lock锁（重点）

Synchronized，传统写法

1.Ticket类，资源类，有一个同步方法

package com.juc.test;

//资源类 OOP
public class Ticket {
    //票数
    private int number = 50;

    //卖票的方式
    //synchronized 本质：队列、锁  锁对象，锁类
    public synchronized void sale() {
        if (number > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第"+ number-- +"张票！剩余：" + number);
        }
    }
}

2.TicketTest类，程序入口

package com.juc.test;

/*
    真正的多线程开发，企业级开发
    线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作！
    1、属性、方法
    使用 synchronized 关键字
 */
public class TicketTest {
    public static void main(String[] args) {
        //并发：多线程操作同一个资源类，把资源类丢入线程
        Ticket ticket = new Ticket();

        //@FunctionalInterface 函数式接口，在JDK1.8开始，加入Lambda表达式 (参数)-> { 代码 }
        new Thread(()-> {
            for (int i = 1; i < 30; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "A").start();

        new Thread(()-> {
            ticket.sale();
        }, "B").start();

        new Thread(()-> {
            ticket.sale();
        }, "C").start();
    }
}

//老旧的方式
//public class TicketTest {
//    public static void main(String[] args) {
//        new Thread(new MyThread()).start();
//    }
//}
//
//class MyThread implements Runnable {
//
//    @Override
//    public void run() {
//
//    }
//}

Lock接口

公平锁：分配公平，按顺序先来后到。

非公平锁：分配不公平，可以插队，乱序（默认）

代码实现：

1.Ticket类，资源类

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//资源类 OOP
/*
    使用Lock的三个步骤
    1、new ReentrantLock() //创建可重入锁对象
    2、lock.lock(); //加锁
    3、lock.unlock(); //解锁
 */
public class Ticket {
    //票数
    private int number = 50;

    Lock lock = new ReentrantLock(); //创建可重入锁对象

    //卖票操作
    public void sale() {
        lock.lock(); //加锁

//        lock.tryLock(); //获取锁，返回true或false

        try {
            //业务代码
            if (number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + number-- + "张票！剩余：" + number);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock(); //解锁
        }
    }
}

2.TicketTest类，程序入口

package com.juc.test;

//使用Lock锁
public class TicketTest {
    public static void main(String[] args) {
        //并发：多线程操作同一个资源类，把资源类丢入线程
        Ticket ticket = new Ticket();

        //@FunctionalInterface 函数式接口，在JDK1.8开始，加入Lambda表达式 (参数)-> { 代码 }
        new Thread(()-> {
            for (int i = 1; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "A").start();

        new Thread(()-> {
            for (int i = 1; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "B").start();

        new Thread(()-> {
            for (int i = 1; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "C").start();    
    }
}

Synchronized 和 Lock 区别

1、Synchronized 是Java内置的关键字，Lock 是一个类。

2、Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是否获取到了锁。

3、Synchronized 会自动释放锁，Lock 必须手动释放锁！如果不释放锁，会产生死锁。

4、Synchronized 线程1（获得锁，阻塞）、线程2（等待锁，一直等）；Lock锁不一定会等待下去。

5、Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平；Lock锁，可重入锁，可以中断锁，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？如何判断锁是谁？

4、生产者和消费者问题

面试常问：单例模式、八大排序算法、生产者和消费者、死锁。

生产者和消费者问题 Synchronized版

代码实现：

1.Data类，资源类

package com.juc.test;

//模板：判断等待，业务，通知
public class Data { //资源类
    private int number = 0;

    //+1操作
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        if (number != 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
        //通知其他线程，我+1执行完了
        this.notifyAll();
    }

    //-1操作
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        if (number == 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
        //通知其他线程，我-1执行完了
        this.notifyAll();
    }
}

2.DataTest类，程序入口

package com.juc.test;

/*
    生产者和消费者问题 Synchronized版
 */
public class DataTest {
    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();
    }
}

问题存在，A B C D 4个线程 ，会有虚假唤醒问题！

解决办法：if 改为 while 判断

代码实现：

1.Data类，资源类

package com.juc.test;

//模板：判断等待，业务，通知
public class Data { //资源类
    private int number = 0;

    //+1操作
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while (number != 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
        //通知其他线程，我+1执行完了
        this.notifyAll();
    }

    //-1操作
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        while (number == 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
        //通知其他线程，我-1执行完了
        this.notifyAll();
    }
}

2.DataTest类，程序入口

package com.juc.test;

/*
    生产者和消费者问题 Synchronized版
 */
public class DataTest {
    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();
    }
}

JUC版的 生产者和消费者问题

通过Lock类找到 Condition

代码实现：(有问题，研究一下)

1.Data类，资源类

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//模板：判断等待，业务，通知
public class Data {
    private int number = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
//    condition.await(); //等待
//    condition.signalAll(); //全部唤醒


    //+1操作
    public void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number != 0) {
                //等待
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            //通知其他线程，我+1操作执行完了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //-1操作
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number != 0) {
                //等待
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            //通知其他线程，我-1操作执行完了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

2.DataTest类，程序入口

package com.juc.test;

/*
    生产者和消费者问题 Synchronized版
 */
public class DataTest {
    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();
    }
}

Condition 可以精准的通知和唤醒线程

代码实现：

1.Data类，资源类

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//模板：判断等待，业务，通知
public class Data {

    private Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition1 = lock.newCondition();
    Condition condition2 = lock.newCondition();
    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()+"=>"+"AAAAA");
            //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()+"=>"+"BBBBB");
            //唤醒，唤醒指定的人，C
            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()+"=>"+"CCCCC");
            //唤醒，唤醒指定的人，A
            number = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

2.DataTest类，程序入口

package com.juc.test;

/*
    A执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A！
    应用场景：生产线，下单->支付->交易->物流
 */
public class DataTest {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();

        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();
    }
}

5、8锁现象【重点难点】

如何判断锁是谁？什么是锁？

普通的同步方法，锁的是调用者

静态的同步方法，锁的是类Class

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁，关于锁的8个问题！
    1、有两个同步方法，两个线程是先打印 发短信 还是 打电话？1/发短信 2/打电话
    2、发短信延迟3秒，两个线程是先打印 发短信 还是 打电话？1/发短信 2/打电话
 */
public class PhoneTest {
    public static void main(String[] args) {
      	//一个对象，一个调用者，一把锁！
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(()-> {
            phone.sendSms();
        }, "A").start();

        //模拟时延
        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！phone
    //两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁执行！
    public synchronized void sendSms() {
        try { //情况2
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信"); //情况1
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁，关于锁的8个问题！
    3、增加了一个普通方法后，先执行发短信还是hello？ 1/hello(普通方法) 2/发短信
    4、两个对象，和两个同步方法，是先发短信还是先打电话？ 1/打电话 2/发短信
 */
public class PhoneTest {
    public static void main(String[] args) {
        //两个对象，两个调用者，两把锁！
        Phone phone1 = new Phone();
        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(()-> {
            phone1.sendSms();
        }, "A").start();

        //模拟延时
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()-> {
            phone1.hello(); //情况3
            phone2.call(); //情况4
        }, "B").start();
    }
}

class Phone {

    //synchronized 锁的对象是方法的调用者！
    public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } 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");
    }

}

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁，关于锁的8个问题！
    5、增加两个静态的同步方法后，只有一个对象，先执行发短信还是打电话？ 1/发短信 2/打电话
    6、两个对象，增加两个静态的同步方法后，先执行发短信还是打电话？ 1/发短信 2/打电话
 */
public class PhoneTest {
    public static void main(String[] args) {
        //两个对象的类只有一个，锁的是类
        Phone phone1 = new Phone();
        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(()-> {
            phone1.sendSms();
        }, "A").start();

        //模拟时延
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()-> {
//            phone1.call(); // 情况5
            phone2.call(); //情况6
        }, "B").start();
    }
}

class Phone {

    //synchronized 锁的对象是方法的调用者！
    //static 静态方法，类一加载就有了！锁的是类Class
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public static synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

}

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁，关于锁的8个问题！
    7、一个静态的同步方法，一个普通的同步方法，只有一个对象，先执行发短信还是打电话？ 1/打电话 2/发短信
    8、两个对象，一个静态的同步方法，一个普通的同步方法，先执行发短信还是打电话？ 1/打电话 2/发短信
 */
public class PhoneTest {
    public static void main(String[] args) {
        //两个对象的类只有一个，锁的是类
        Phone phone1 = new Phone();
        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(()-> {
            phone1.sendSms();
        }, "A").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(()-> {
//            phone1.call(); //情况7
            phone2.call(); //情况8
        }, "B").start();
    }
}

class Phone {

    //静态的同步方法，锁的是类Class
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    //普通的同步方法，锁的是调用者
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
    
}

8锁现象小结

new this 具体的一个对象

static Class 唯一的一个模板

6、集合类不安全【重点】

List 不安全

package com.juc.test;

import java.util.List;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/*
    集合不安全-List不安全
 */
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
//        List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3");
//        list.forEach(System.out::println);

        //并发下 ArrayList 是不安全的
        /*
        解决办法：1、List<String> list = new Vector<>();（不推荐）
                2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
                3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
         */

//        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
//        List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); //方式2

        //CopyOnWrite 写入时复制 简称COW 是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！
        //CopyOnWrite 比 Vector 强在哪里？ Vector用了synchronized 效率低
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); //方式3
        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();
        }
    }
}

Set 不安全

package com.juc.test;

import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

/*
    集合不安全-Set不安全
 */
//java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
public class UnsafeSet {
    public static void main(String[] args) {
        //并发下 Set 是不安全的
        /*
        解决办法：1、HashSet<String> set = new HashSet<>();（不推荐）
                2、Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
                3、CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
         */

//        HashSet<String> set = new HashSet<>(); //方式1
//        Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>()); //方式2
        CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>(); //方式3

        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            new Thread(()-> {
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(set);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

HashSet的底层是什么？

HashSet的底层， 本质就是HashMap！

//源码
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

//add方法
//Set 本质是 map，key是无法重复的！
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

private static final Object PRESENT = new Object(); //不变的值！

Map 不安全

package com.juc.test;

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/*
    集合不安全-Map不安全
 */
//java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
public class UnsafeMap {
    public static void main(String[] args) {
        //Map 是这样用的吗？ 不是，工作中不用HashMap
        //负载因子 0.75、初始化容量 16
        // 默认等价于什么？ new HashMap<>(16, 0.75);

        //并发下 Map 是不安全的
        /*
        解决办法：1、Map<String, String> map = new HashMap<>();（不推荐）
                2、Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
                3、Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
         */
//        Map<String, String> map = new HashMap<>(); //方式1
//        Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()); //方式2
        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>(); //方式3

        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            new Thread(()-> {
                map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(map);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

7、Callable

1、可以有返回值

2、可以抛出异常

3、方法不同，run() / call()

代码实现

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

/*
    使用Callable接口
 */
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();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(thread); //适配类

        new Thread(futureTask, "A").start();
        new Thread(futureTask, "B").start();

        Integer o = (Integer)futureTask.get(); //获取Callable的返回值，这个get方法可能会产生阻塞，把它放到最后执行，或使用异步通信来处理！
        System.out.println(o);
    }
}

class MyThread implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() {
        System.out.println("call()");
        //耗时的操作
        return 1024;
    }
    
}

Callable细节：

1、有缓存！

2、结果可能需要等待，会阻塞！

8、常用的辅助类

CountDownLatch

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/*
    使用CountDownLatch计数器
    情景：班级有6人，全部同学出去后再关门！
 */
public class CountDownLatchTest {
    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(); //计数器-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");
    }
}

原理：

countDownLatch.countDown(); //计数器-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() 计数器-1，假设计数器变为0，countDownLatch.await()就会被唤醒，继续执行！

CyclicBarrier

加法计数器

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

/*
    使用CyclicBarrier计数器
 */
public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        //事件：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++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()-> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集到" + temp + "颗龙珠");

                try {
                    cyclicBarrier.await(); //等待
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

Semaphore

Semaphore：信号量

6车，3个停车位：

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    使用Semaphore
    使用场景：限制流量，防止系统崩溃！
    条件：6部车，3个停车位
 */
public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        //线程数量：停车位! 限流！
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3); //3个停车位

        for (int i = 1; i <= 6 ; i++) {
            new Thread(()-> {
                try {
                    semaphore.acquire(); //得到
                    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(); //释放
                }

//                acquire(); //得到
//                release(); //释放
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

原理：

acquire(); //得到，获得。假设如果已经满了，就等待，等待到被释放为止！

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【重点】

ReadWriteLock

package com.juc.test;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/*
    读写锁 ReadWriteLock
    独占锁（写锁）一次只能被一个线程持有，共享锁（读锁）多个线程可以同时持有
    读-读  可以共存！
    读-写  不能共存！
    写-写  不能共存！
 */
public class ReadWriteLockTest {
    public static void main(String[] args) {
//        MyCache myCache = new MyCache(); //没有加读写锁的情况
        MyCacheLock myCache = new MyCacheLock(); //加了读写锁的情况

        //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();
        }
    }
}

//加锁的
class MyCacheLock {

    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，只希望同一时刻只有一个线程去写
    public void put(String key, Object value) {
        readWriteLock.writeLock().lock(); //写锁，加锁

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key);
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入成功，OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock(); //写锁，释放锁
        }
    }

    //取，读取的时候，希望所有人都可以读！
    public void get(String key) {
        readWriteLock.readLock().lock(); //读锁，加锁

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
            Object o = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取成功，OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock(); //读锁，释放锁
        }
    }

}

//不加锁的
//自定义缓存
class MyCache {

    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();

    //存，写入
    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() + "写入成功，OK");
    }

    //取，读取
    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() + "读取成功，OK");
    }

}

运行结果：

10、阻塞队列

阻塞队列：

BlockingQueue

不是新的东西！

什么情况下我们会用到阻塞队列？

多线程并发处理，线程池！

学会使用队列

添加、移除操作

四组API

方式	抛出异常	不会抛出异常，有返回值	阻塞等待	超时等待
添加	add()	offer()	put()	offer(,,)
移除	remove()	poll()	take()	poll(,)
查看队列首部元素	element()	peek()	-	-

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    阻塞队列
    四种情况：
    1、抛出异常
    2、不会抛出异常，有返回值
    3、阻塞等待
    4、超时等待
 */
public class BlockingQueueTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        test1(); //情况1    
//        test2(); //情况2
//        test3(); //情况3
        test4(); //情况4
    }

    //抛出异常
    public static void test1() {
        //队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.add("a")); //添加操作
        System.out.println(blockingQueue.add("b"));
        System.out.println(blockingQueue.add("c"));

        //IllegalStateException: Queue full 抛出队列已满异常！
//        System.out.println(blockingQueue.add("d"));

//        System.out.println(blockingQueue.element()); // 查看队首元素是谁

        System.out.println(blockingQueue.remove()); //删除操作
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());

        //java.util.NoSuchElementException 抛出没有元素异常！
//        System.out.println(blockingQueue.remove());
    }

    //有返回值，不会抛出异常
    public static void test2() {

        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.offer("a")); //添加操作
        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(blockingQueue.peek()); // 查看队首元素是谁

        System.out.println(blockingQueue.poll()); //删除操作
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());

//        System.out.println(blockingQueue.poll()); //null，不抛出异常！
    }

    //阻塞，等待（一直等，一直阻塞）
    public static void test3() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        //一直阻塞
        blockingQueue.put("a"); //添加操作
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");
//        blockingQueue.put("d"); //队列没有位置了，一直阻塞！

        System.out.println(blockingQueue.take()); //删除操作
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
//        System.out.println(blockingQueue.take()); //没有这个元素，一直阻塞！
    }

    //阻塞，等待（等待超时）
    public static void test4() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        blockingQueue.offer("a"); //添加操作
        blockingQueue.offer("b");
        blockingQueue.offer("c");
//        blockingQueue.offer("d", 2, TimeUnit.SECONDS); //等待超过2秒就退出

        System.out.println(blockingQueue.poll()); //删除操作
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS); //等待超过2秒就退出
    }
}

SynchronousQueue 同步队列

没有容量，或者可以理解为队列大小为1。进去一个元素，必须等待取元素出来之后，才能再往里面放一个元素！

put方法放入一个元素，take方法从同步队列中取出一个元素。

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    SynchronousQueue 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进去元素！
 */
public class SynchronousQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); //同步队列

        new Thread(()-> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 1");
                blockingQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 2");
                blockingQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 3");
                blockingQueue.put("3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "T1").start();

        new Thread(()-> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take " + blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take " + blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take " + blockingQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "T2").start();
    }
}

为什么学了技术不会用？原因：看得少！

11、线程池【重点难点】

线程池：三大方法、7大参数、4种拒绝策略

池化技术

程序运行的本质：占用系统资源！优化资源的使用！=>池化技术

如：线程池、连接池、内存池、对象池等

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：

1、降低资源的消耗

2、提高响应速度

3、方便管理

线程复用、可以控制最大并发数、管理线程

线程池：三大方法

三大方法的底层都是 ThreadPoolExecutor

newSingleThreadExecutor() 创建单个线程的线程池

Executors.newFixedThreadPool(5) 创建一个固定大小的线程池

Executors.newCachedThreadPool() 创建可伸缩的线程池

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/*
    线程池
    Executors 工具类，三大方法
    使用线程池来创建线程
 */
public class ThreadPoolExecutorTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//创建单个线程的线程池
//        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5); //创建一个固定大小的线程池
//        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); //创建可伸缩的线程池

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                //使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()-> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
                });
            }
        } finally {
            //线程池用完要关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

源码分析，7大参数：

//本质都是：new ThreadPoolExecutor()
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>());
}


public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心线程池大小
                          int maximumPoolSize, //最大线程池大小
                          long keepAliveTime, //超时了没人调用就会释放
                          TimeUnit unit, //超时单位
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue, //阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory, //线程工厂，用来创建线程，一般不用动
                          RejectedExecutionHandler handler) { //拒绝策略
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

手动创建一个线程池

package com.juc.test;


import java.util.concurrent.*;

/*
    线程池
    手动创建线程池！ThreadPoolExecutor

    四种拒绝策略：
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); //银行满了，还有人进来，不处理这个人，抛出异常！
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); //哪里来的去哪里，滚！
    new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); //队列满了，把新进来的人丢掉，不会抛出异常！
    new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试和最早的人竞争，不会抛出异常！
 */
public class RejectedExecutionTest {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义线程池！通过 ThreadPoolExecutor 创建线程池（阿里推荐）

        //最大线程数应该如何定义？
        //1、CPU 密集型，计算机是几线程就定义为几，这样可以保持CPU的效率最高！
        //2、IO 密集型，判断你程序中十分消耗IO的线程，大于这个线程数，一般设置是两倍！
        //程序    4个大型任务 io十分占用资源！ 设置为8个线程
        //获取CPU线程数：System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                //设置7大参数
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试和最早的人竞争，不会抛出异常！

        try {
            //最大承载量：Queue + maximumPoolSize     8
            //超出最大承载量抛出 RejectedExecutionException 异常
            for (int i = 1; i <= 9; i++) {
                //使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()-> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
                });
            }
        } finally {
            //线程池用完要关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

4种拒绝策略

四种拒绝策略：

• new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); //银行满了，还有人进来，不处理这个人，抛出异常！
• new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); //哪里来的去哪里，滚！
• new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); //队列满了，把新进来的人丢掉，不会抛出异常！
• new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试和最早的人竞争，不会抛出异常！

小结和拓展

线程池的最大大小该如何去设置？

了解：CPU密集型，IO密集型，用于调优。

//最大线程数应该如何定义？
//1、CPU 密集型，计算机是几线程就定义为几，这样可以保持CPU的效率最高！
//2、IO 密集型，判断你程序中十分消耗IO的线程，大于这个线程数，一般设置是两倍！
//程序    4个大型任务 io十分占用资源！ 设置为8个线程
//获取CPU线程数：System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

package com.juc.demo07;

import java.util.concurrent.*;

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义线程池！通过ThreadPoolExecutor创建线程池

        //最大线程数应该如何定义？
        //1、CPU 密集型，计算机是几线程就定义为几，这样可以保持CPU的效率最高！
        //2、IO 密集型，判断你程序中十分消耗IO的线程，大于这个线程数，一般设置是两倍！
        //程序    15个大型任务 io十分占用资源！ 设置为30个线程
        //获取CPU线程数：System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //拒绝策略，队列满了，尝试和最早的人竞争，不会抛出异常！

        try {
            //最大承载量：Queue + maximumPoolSize
            //超出最大承载量抛出 RejectedExecutionException 异常
            for (int i = 1; i <= 9; i++) {
                //使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()-> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
                });
            }
        } finally {
            //线程池用完要关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

12、四大函数式接口（重点）

现在的程序员必须要会：lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算。

函数式接口：只有一个抽象方法的接口

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

//源码中有非常多函数式接口 FunctionalInterface
//作用：简化编程模型。在新版本的框架底层大量应用！

代码实现：

函数型接口

Function 有一个传入参数，有一个返回值！重写apply()方法

package com.juc.test;

import java.util.function.Function;

/*
    Function 函数型接口，有一个传入参数，有一个返回值
    只要是函数式接口，就可以用Lambda表达式简化
 */
public class FunctionTest {
    public static void main(String[] args) {
//        Function<String, String> function = new Function<>() {
//            @Override
//            public String apply(String str) {
//                return str;
//            }
//        };

        Function function = (str)-> {return str;};

        System.out.println(function.apply("abc"));
    }
}

断定型接口

Predicate 有一个输入参数，返回值只能是布尔值！重写test()方法

package com.juc.test;

import java.util.function.Predicate;

/*
    断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是布尔值！
 */
public class PredicateTest {
    public static void main(String[] args) {
        //判断字符串是否为空
//        Predicate<String> predicate = new Predicate<>() {
//            @Override
//            public boolean test(String str) {
//                return str.isEmpty();
//            }
//        };

        Predicate<String> predicate = (str)-> {return str.isEmpty();};

        System.out.println(predicate.test("abc"));
    }
}

消费型接口

Consumer 只有一个输入，没有返回值！重写accept()方法

package com.juc.test;

import java.util.function.Consumer;

/*
    Consumer 消费型接口：只有一个输入，没有返回值！
 */
public class ConsumerTest {
    public static void main(String[] args) {
//        Consumer<String> consumer = new Consumer<>() {
//            @Override
//            public void accept(String str) {
//                System.out.println(str);
//            }
//        };

        Consumer<String> consumer = (str)-> {System.out.println(str);};
        consumer.accept("abcdef");
    }
}

供给型接口

Supplier 没有参数，只有返回值！重写get()方法

package com.juc.test;

import java.util.function.Supplier;

/*
    Supplier 供给型接口：没有参数，只有返回值！
 */
public class SupplierTest {
    public static void main(String[] args) {
//        Supplier<Integer> supplier = new Supplier<>() {
//            @Override
//            public Integer get() {
//                return 1024;
//            }
//        };

        Supplier<Integer> supplier = ()-> {return 1024;};
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

13、Stream流式计算

什么是Stream流式计算？

大数据：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！

1.User类

package com.juc.test;

//有参，无参构造，get、set、toString方法！

public class User {
    private int id;
    private String name;
    private int age;

    public User() {
    }

    public User(int id, String name, int age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

2.StreamTest类，流式计算

package com.juc.test;

/*
    流式计算

    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！
 */
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
      	//创建用户对象
        User user1 = new User(1, "a", 21);
        User user2 = new User(2, "b", 22);
        User user3 = new User(3, "c", 23);
        User user4 = new User(4, "d", 24);
        User user5 = new User(5, "e", 25);

        //集合就是存储数据的地方
        List<User> list = Arrays.asList(user1, user2, user3, user4, user5);

        //计算交给Stream流
        //lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
        list.stream()
                .filter(user -> {return user.getId()%2 == 0;})
                .filter(user -> {return user.getAge()>23;})
                .map(user -> {return user.getName().toUpperCase();})
                .sorted((u1, u2)-> {return u2.compareTo(u1);})
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

14、ForkJoin

什么是ForkJoin？

ForkJoin 是JDK1.7的新特性，它的作用是并行执行任务，提高效率。

应用场景：在数据量很大的情况下。

大数据：Map Reduce（把大任务拆分成小任务）

ForkJoin 特点：工作窃取

做完任务的线程，会把其他线程的任务拿过来执行，提高效率！存储任务的区域是双端队列，方便其他线程快速拿取。

ForkJoin 的操作

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/*
    ForkJoin
    求和计算的任务
    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 ForkJoin extends RecursiveTask<Long> {
    private Long start;
    private Long end;
    //临界值
    private Long temp = 10000L;

    public ForkJoin(Long start, Long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    //计算方法
    @Override
    protected Long compute() {
        if ((end - start) < temp) {
            //普通写法
            Long sum = 0L;
            for (Long i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        } else {
            //分支合并计算
            long middle = (start + end) / 2; //中间值
            ForkJoin task1 = new ForkJoin(start, middle);
            task1.fork(); //拆分任务，把任务压入线程队列
            ForkJoin task2 = new ForkJoin(middle + 1, end);
            task2.fork(); //拆分任务，把任务压入线程队列

            return task1.join() + task2.join();
        }
    }
}

2.ForkJoinTest类，比较3种计算方法

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.stream.LongStream;

public class ForkJoinTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//        test1(); //时间：6047
//        test2(); //时间：4519
        test3(); //时间：204
    }

    //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));
    }

    //使用ForkJoin
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoin(0L, 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(0L, 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

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    异步回调：Ajax  CompletableFuture
    异步执行
    成功回调
    失败回调
 */
public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //发起一个请求，没有返回值的异步回调 runAsync
//        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()-> {
//            try {
//                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
//            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "runAsync=>Void");
//        });
//
//        System.out.println("1111");
//
//        completableFuture.get(); //获取阻塞执行结果

        //有返回值的异步回调
        //Ajax，会返回成功和失败的回调
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(()-> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "supplyAsync=>Integer");
            int i = 10/0;
            return 1024;
        });

        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; //可以获取到错误的返回结果
        }).get();

        //HTTP状态码
        //200,404,400
    }
}

16、JMM【重点】

面试题：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内存模型，是不存在的东西，是概念，是约定！

关于JMM的一些同步约定：

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。

3、加锁和解锁是同一把锁。

线程主内存、工作内存

8种操作：

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，不可再分的（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收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。就是对变量使用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

17、Volatile【重点】

1、保证可见性

使用 volatile 关键字

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    JMM
    使用volatile关键字
 */
public class Volatile01 {
    //不加 volatile，程序就会死循环！加了 volatile可以保证可见性！
    private volatile static int num = 0;

    public static void main(String[] args) { //主线程main

        new Thread(()-> { //线程1 对主内存的变化是不知道的
            while (num == 0) {

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;
        System.out.println(num);
    }
}

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，也不能被分割，要么同时成功，要么同时失败。

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    JMM
    volatile 不保证原子性
 */
public class Volatile02 {
    //volatile 不保证原子性
    private volatile static int num = 0;

    public static void add() {
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num的结果应该为20000
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()-> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2) { //Java默认有两个线程 main gc
            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

原子类为什么这么高级？

这些类的底层都直接和操作系统有关！直接在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/*
    JMM
    volatile 不保证原子性
 */
public class Volatile02 {
    //volatile 不保证原子性
    //原子类的 Integer
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

    public static void add() {
//        num++; //不是一个原子性操作
        num.getAndIncrement(); //+1方法，不是简单的+1操作，而是在内存中修改值，使用的是CAS
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num的结果应该为20000
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()-> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2) { //Java默认有两个线程 main gc
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

3、禁止指令重排

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，需要考虑：数据之间的依赖性！

int x = 1; //1
int y = 2; //2
x = x + 5; //3
y = y + x; //4

//我们期望的顺序：1234，但是可能执行的时候会变成 2134 1324
//可不可能是 4123 ，不可能！

可能造成影响的结果：

前提：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；

volatile 可以避免指令重排：

内存屏障、CPU指令。作用：

1、保证特定操作的执行顺序！

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 可以保证可见性，但不能保证原子性，由于有内存屏障，可以避免指令重排现象发生。

18、单例模式

饿汉式、懒汉式

饿汉式

package com.juc.test;

/*
    单例模式-饿汉式单例
    单例模式的灵魂：构造器私有
 */
public class Singleton01 {

    //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 Singleton01() {

    }

    private static final Singleton01 HUNGRY = new Singleton01();

    public static Singleton01 getInstance() {
        return HUNGRY;
    }

}

双重检查-懒汉式

package com.juc.test;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

/*
    单例模式-懒汉式单例
    单例模式的灵魂：构造器私有
 */
public class Singleton02 {

    private static boolean flag = false;

    private Singleton02() {
        synchronized (Singleton02.class) {
            if (flag == false) {
                flag = true;
            } else {
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
            }
        }
    }

    private volatile static Singleton02 lazyMan;

    //双重检测锁模式的 懒汉式单例  DCL 懒汉式
    public static Singleton02 getInstance() {
        if (lazyMan == null) {
            synchronized (Singleton02.class) {
                if (lazyMan == null) {
                    lazyMan = new Singleton02(); //不是一个原子性操作
                    /*
                        1、分配内存空间
                        2、执行构造方法，初始化对象
                        3、把这个对象指向这个空间

                        可能出现指令重排现象，所以要加上 volatile
                     */
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

    //多线程并发
    public static void main(String[] args) throws Exception {
//        Singleton02 instance = Singleton02.getInstance();

        Field flag = Singleton02.class.getDeclaredField("flag");
        flag.setAccessible(true);

        Constructor<Singleton02> declaredConstructor = Singleton02.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        Singleton02 instance = declaredConstructor.newInstance();

        flag.set(instance, false);

        Singleton02 instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
    }
}

静态内部类

package com.juc.test;

//静态内部类
public class Singleton03 {
    private Singleton03() {

    }

    public static Singleton03 getInstance() {
        return InnerClass.HOLDER;
    }

    public static class InnerClass {
        private static final Singleton03 HOLDER = new Singleton03();
    }
}

单例不安全，因为有反射

枚举

package com.juc.test;

import java.lang.reflect.Constructor;

//enum 枚举是一个什么？枚举本身也是一个 Class类
public enum Singleton04 {

    INSTANCE;

    public Singleton04 getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

}

class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Singleton04 instance1 = Singleton04.INSTANCE;
        Constructor<Singleton04> declaredConstructor = Singleton04.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        Singleton04 instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        //NoSuchMethodException
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

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:   Singleton04.java

package com.juc.demo13;


public final class Singleton04 extends Enum
{

    public static Singleton04[] values()
    {
        return (Singleton04[])$VALUES.clone();
    }

    public static Singleton04 valueOf(String s)
    {
        return (Singleton04)Enum.valueOf(com/juc/test/Singleton04, s);
    }

    private Singleton04(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }

    public Singleton04 getInstance()
    {
        return INSTANCE;
    }

    private static Singleton04[] $values()
    {
        return (new Singleton04[] {
            INSTANCE
        });
    }

    public static final Singleton04 INSTANCE = new Singleton04("INSTANCE", 0);
    private static final Singleton04 $VALUES[] = $values();

}

19、深入理解CAS【重点】

什么是 CAS？为什么要研究CAS？

想进大厂你必须要深入研究底层！

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/*
    CAS
 */
public class CAS {
    //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 expectedValue, int newValue)
        //如果我期望的值达到了，那么就更新，否则就不更新！ CAS是CPU的并发原语！
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());

        atomicInteger.getAndIncrement();
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

Unsafe类

CAS：比较读取工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，就执行操作！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、存在ABA问题

CAS：存在ABA问题（狸猫换太子）

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/*
    CAS
 */
public class CAS {
    //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 expectedValue, int newValue)
        //如果我期望的值达到了，那么就更新，否则就不更新！ CAS是CPU的并发原语！
        //==============捣乱的线程=============
        atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021);
        System.out.println(atomicInteger.get());

        atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020);
        System.out.println(atomicInteger.get());

        //==============期望的线程=============
        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！

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;

/*
    CAS-原子引用
 */
public class CAS {
    //CAS compareAndSet：比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
//        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

        //AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题！
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(10,1);

        //和乐观锁的原理相同！
        new Thread(()-> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); //获得版本号
            System.out.println("a1=>" + stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(10, 12,
                    atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a2=>" + stamp);

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(12, 10,
                    atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>" + atomicStampedReference.getStamp());

        }, "a").start();

        new Thread(()-> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); //获得版本号
            System.out.println("b1=>" + stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(10, 66,
                    stamp, stamp + 1));
            System.out.println("b1=>" + 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【重点难点】

1、公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能插队，必须先来后到！

非公平锁：非常不公平，可以插队，（默认都是非公平锁）！

//默认都是非公平锁
public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
}

//如果是true就是公平锁，如果是false就是非公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

//例如，创建公平锁：
ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);

2、可重入锁

可重入锁又叫递归锁

synchronized 版

package com.juc.test;

/*
    可重入锁-synchronized版
 */
public class LockTest {
    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() + "发短信");
        call(); //这里也有锁
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打电话");
    }
}

Lock版

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
    可重入锁-Lock版
 */
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(()-> {
            phone.sms();
        }, "a").start();

        new Thread(()-> {
            phone.sms();
        }, "b").start();

    }
}

class Phone {
    Lock lock = new  ReentrantLock();

    public void sms() {
        lock.lock(); //细节问题：加锁和解锁要成对使用！否则就会死锁！

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发短信");
            call(); //这里也有锁
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void call() {
        lock.lock();

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打电话");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3、自旋锁

spinlock

1.SpinLock类，自定义一个自旋锁

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

/*
    自旋锁
    自定义一个自旋锁
 */
public class SpinLock {

    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);
    }

}

2.SpinLockTest类

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SpinLockTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
//        reentrantLock.lock();
//        reentrantLock.unlock();

        //底层使用的自旋锁 CAS
        SpinLock lock = new SpinLock();

        new Thread(()-> {
            lock.myLock();

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        }, "T1").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        new Thread(()-> {
            lock.myLock();

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        }, "T2").start();
    }
}

4、死锁

什么是死锁？

怎么排查死锁？

package com.juc.test;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    死锁
 */
public class Deadlock {
    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) {
                e.printStackTrace();
            }

            synchronized (lockB) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "lock:" + lockB + "=>get" + lockA);

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

}

排查步骤：

1、使用 jps-l 定位进程号

2、使用 jstack 进程号 找到死锁问题

在面试和工作中，排查死锁问题，可以回答：

1、从堆栈中找出问题。十个人只有1个人会这样回答！

2、从日志中找出问题。十个人有9个人会这样回答！