Java多线程

多线程基础

一、创建线程

仅仅只有new Thread这种方法创建线程

Java中无法销毁一个线程，只能表现一个线程的状态。

通过thread.start()启动线程（仅仅只是通知线程启动）

thread.join()用于控制线程必须执行完成，调整优先级并不能保证优先级高的线程先执行。

1、继承`Thread`

继承Thread
覆盖run()方法
直接调用Thread#start()执行

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread");
    }
}

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
    }
}

2、实现`Runnable`

实现Runnable
获取实现Runnable接口的实例，作为参数，创建Thread实例
执行Thread#start()启动线程

public class RunnableThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runnable");
    }
}

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new RunnableThread());
        thread.start();
    }
}

3、`Callable`和`Future`创建线程

Callable相对于Runnable会有一个线程返回值

实现Callable接口
以Callable的实现类为参数，创建FutureTask实例
将FutureTask作为Thread的参数，创建Thread实例
通过Thread#start启动线程
通过FutureTask#get()阻塞获取线程的返回值

public class CallableThread implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("Callable");
        return 90;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new CallableThread());
        Thread thread = new Thread(futureTask, "Thread1");
        thread.start();
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

4、使用线程池创建

public class MultiThreadStudy {
    public static void main(String[] args) {
        int corePoolSize = 5;
        int maximumPoolSize = 10;
        long keepAliveTime = 2;
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue <Runnable>(3);
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = null;

        /**
         * ThreadPoolExecutor 线程池，几个参数的含义如下：
         * int corePoolSize,    核心线程数大小
         * int maximumPoolSize, 最大线程数
         * long keepAliveTime,  存活时间
         * TimeUnit unit,       keepAliveTime的时间单位
         * BlockingQueue<Runnable> workQueue,  存放待执行任务的队列
         * RejectedExecutionHandler handler    拒绝策略
         */
        try {
            threadPoolExecutor =  new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,
                    maximumPoolSize,
                    keepAliveTime,
                    unit,
                    workQueue,
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
            //循环提交任务
            for (int i = 0; i < 13; i++) {
                //提交任务的索引
                final int index = (i + 1);
                threadPoolExecutor.submit(() -> {
                    //线程打印输出
                    System.out.println("大家好，我是线程：" + index);
                    try {
                        //模拟线程执行时间，10s
                        Thread.sleep(7000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
                //每个任务提交后休眠500ms再提交下一个任务，用于保证提交顺序
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPoolExecutor.shutdown();
        }
    }
}

5、通过`Java`创建进程

public class ProcessCreationQuestion {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 获取 Java Runtime
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        Process process = runtime.exec("cmd /k start http://www.baidu.com");
        process.exitValue();
    }

}

二、停止线程

无法真正停止一个线程，真正停止的只能是线程的逻辑。

请说明`Thread interrupt()、isInterrupted()、interrupted()`的区别以及意义？

Thread interrupt()： 设置状态，调JVM的本地（native）interrupt0()方法。

    public void interrupt() {
        if (this != Thread.currentThread())
            checkAccess();

        synchronized (blockerLock) {
            Interruptible b = blocker;
            if (b != null) {
                interrupt0();  // Just to set the interrupt flag
                              //--> private native void interrupt0();
                b.interrupt(this);
                return;
            }
        }
        interrupt0();
    }

isInterrupted()： 调的是静态方法isInterrupted(),当且仅当状态设置为中断时，返回false，并不清除状态。

public static boolean interrupted() {
    return currentThread().isInterrupted(true);
}

public boolean isInterrupted() {
    return isInterrupted(false);
}

interrupted()： 私有本地方法，即判断中断状态，又清除状态。

 private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

三、线程异常

当线程遇到异常的时候，线程会挂

public class ThreadExceptionQuestion {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //...
        // main 线程 -> 子线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            throw new RuntimeException("数据达到阈值");
        }, "t1");

        t1.start();
        // main 线程会中止吗？
        t1.join();

        // Java Thread 是一个包装，它由 GC 做垃圾回收
        // JVM Thread 可能是一个 OS Thread，JVM 管理，
        // 当线程执行完毕（正常或者异常）
        System.out.println(t1.isAlive());
    }
}

当线程遇到异常时，如何捕获?

...
        Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler((thread, throwable) -> {
            System.out.printf("线程[%s] 遇到了异常，详细信息：%s\n",
                    thread.getName(),
                    throwable.getMessage());
        });
...

当线程遇到异常时，`ThreadPoolExecutor`如何捕获异常?

public class ThreadPoolExecutorExceptionQuestion {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

//        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);

        ThreadPoolExecutor executorService = new ThreadPoolExecutor(
                1,
                1,
                0,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>()
        ) {

            /**
             * 通过覆盖 {@link ThreadPoolExecutor#afterExecute(Runnable, Throwable)} 达到获取异常的信息
             * @param r
             * @param t
             */
            @Override
            protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
                System.out.printf("线程[%s] 遇到了异常，详细信息：%s\n",
                        Thread.currentThread().getName(),
                        t.getMessage());
            }

        };

        executorService.execute(() -> {
            throw new RuntimeException("数据达到阈值");
        });

        // 等待一秒钟，确保提交的任务完成
        executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS);

        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
}

四、线程状态

新建 -> 就绪 -> 阻塞 -> 运行 -> 死亡

获取当前`jvm`所有的现场状态

可以直接使用jstack命令
ThreadMXBean

public class AllThreadStackQuestion {

    public static void main(String[] args) {
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        long[] threadIds = threadMXBean.getAllThreadIds();

        for (long threadId : threadIds) {
            ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(threadId);
            System.out.println(threadInfo.toString());
        }

    }
}

获取线程的资源消费情况

public class AllThreadInfoQuestion {

    public static void main(String[] args) {
        ThreadMXBean threadMXBean = (ThreadMXBean) ManagementFactory.getThreadMXBean();
        long[] threadIds = threadMXBean.getAllThreadIds();

        for (long threadId : threadIds) {
//            ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(threadId);
//            System.out.println(threadInfo.toString());
            long bytes = threadMXBean.getThreadAllocatedBytes(threadId);
            long kBytes = bytes / 1024;
            System.out.printf("线程[ID:%d] 分配内存： %s KB\n", threadId, kBytes);
        }

    }
}

五、线程同步

synchronized

synchronized关键字在修饰方法与代码块中的区别：字节码的区别，代码块用monitor，方法用synchronized关键字

synchronized关键字与ReentrantLock之间的区别：

两者都是可重入锁
synchronized依赖于JVM，而ReentrantLock依赖于API
ReentrantLock比synchronized增加了一些高级功能
- 等待可中断
- 可实现公平锁
- 可实现选择性通知(锁可以绑定多个条件)

偏向锁只对synchronized有用，而ReentrantLock已经实现了偏向锁.

六、线程通讯

wait()、notify()、notifyAll()方法是Object的本地final方法，无法被重写

wait()：获得锁的对象，释放锁，当前线程又被阻塞，等同于Java 5 LockSupport中的park方法。

notify()：已经获得锁，唤起一个被阻塞的线程，等同于Java 5 LockSupport中的unpark方法

notifyAll()：会让所有处于等待池的线程全部进入锁池去竞争获取锁的机会

七、线程退出

当主线程退出时，守护线程不一定执行完毕

public class DaemonThreadQuestion {

    public static void main(String[] args) {
        // main 线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("Hello,World");
//            Thread currentThread = Thread.currentThread();
//            System.out.printf("线程[name : %s, daemon:%s]: Hello,World\n",
//                    currentThread.getName(),
//                    currentThread.isDaemon()
//            );
        }, "daemon");
        // 编程守候线程
        t1.setDaemon(true);
        t1.start();

        // 守候线程的执行依赖于执行时间（非唯一评判）
    }
}

`ShutdownHook`线程的使用场景，以及触发执行

使用场景：Spring中AbstractApplicationContext的registerShutdownHook()

public class ShutdownHookQuestion {

    public static void main(String[] args) {

        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

        runtime.addShutdownHook(new Thread(ShutdownHookQuestion::action, "Shutdown Hook Question"));

    }

    private static void action() {
        System.out.printf("线程[%s] 正在执行...\n", Thread.currentThread().getName());  // 2
    }
}

如何确保主线程退出前，所有线程执行完毕?

public class CompleteAllThreadsQuestion {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // main 线程 -> 子线程
        Thread t1 = new Thread(CompleteAllThreadsQuestion::action, "t1");
        Thread t2 = new Thread(CompleteAllThreadsQuestion::action, "t2");
        Thread t3 = new Thread(CompleteAllThreadsQuestion::action, "t3");

        // 不确定 t1、t2、t3 是否调用 start()

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

        // 创建了 N Thread

        Thread mainThread = Thread.currentThread();
        // 获取 main 线程组
        ThreadGroup threadGroup = mainThread.getThreadGroup();
        // 活跃的线程数
        int count = threadGroup.activeCount();
        Thread[] threads = new Thread[count];
        // 把所有的线程复制 threads 数组
        threadGroup.enumerate(threads, true);

        for (Thread thread : threads) {
            System.out.printf("当前活跃线程: %s\n", thread.getName());
        }
    }

    private static void action() {
        System.out.printf("线程[%s] 正在执行...\n", Thread.currentThread().getName());  // 2
    }

}

`J.U.C`并发集合框架

public class ThreadSafeCollectionQuestion {

    public static void main(String[] args) {

        List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

        Set<Integer> set = Set.of(1, 2, 3, 4, 5);

        Map<Integer, String> map = Map.of(1, "A");

        // 以上实现都是不变对象，不过第一个除外

        // 通过 Collections#sychronized* 方法返回

        // Wrapper 设计模式（所有的方法都被 synchronized 同步或互斥）
        list = Collections.synchronizedList(list);

        set = Collections.synchronizedSet(set);

        map = Collections.synchronizedMap(map);
        
        list = new CopyOnWriteArrayList<>(list);
        set = new CopyOnWriteArraySet<>(set);
        map = new ConcurrentHashMap<>(map);

    }
}

一、List部分

Vector：底层方法使用synchronized进行同步操作，是List的实现。

CopyOnWriteArrayList：读的时候不加锁，弱一致性，添加数据的时候使用的是Arrays.copy()方法进行数据拷贝，和synchronized来保证线程的安全性。

SynchronizedList：底层方法使用synchronized进行同步操作，返回list，实现原理方式是Wrapper实现

二、Set部分

SynchronizedSet：底层方法使用synchronized进行同步操作

CopyOnWriteArraySet：底层借助CopyOnWriteArrayList数组实现。

ConcurrentSkipListSet:

当 Set#iterator() 方法返回 Iterator 对象后，能否在其迭代中，给 Set 对象添加新的元素？

不一定；Set 在传统实现中，会有fail-fast问题；而在J.U.C中会出现弱一致性，对数据的一致性要求较低，是可以给 Set 对象添加新的元素。

三、Map部分

Hashtable：底层方法使用synchronized进行同步操作，同步粒度较大。

ConcurrentHashMap：8以后底层使用CAS和synchronized进行同步操作，数据结构为数组 + 链表 + 红黑树

ConcurrentSkipListMap：

SynchronizedMap：底层方法使用synchronized进行同步操作

请说明 ConcurrentHashMap 与 ConcurrentSkipListMap 各自的优势与不足？

在 java 6 和 8 中，ConcurrentHashMap 写的时候，是加锁的，所以内存占得比较小，而 ConcurrentSkipListMap 写的时候是不加锁的，内存占得相对比较大，通过空间换取时间上的成本，速度较快，但比前者要慢，ConcurrentHashMap 基本上是常量时间。ConcurrentSkipListMap 读和写都是\(log N\)实现，高性能相对稳定。

四、Queue部分

请说明 BlockingQueue 与 Queue 的区别？

BlockingQueue 继承了 Queue 的实现；put 方法中有个阻塞的操作（InterruptedException），当队列满的时候，put 会被阻塞；当队列空的时候，put方法可用。take 方法中，当数据存在时，才可以返回，否则为空。

请说明 LinkedBlockingQueue 与 ArrayBlockingQueue 的区别？

LinkedBlockingQueue 是链表结构；有两个构造器，一个是（Integer.MAX_VALUE)，无边界，另一个是(int capacity)，有边界；ArrayBlockingQueue 是数组结构；有边界。

请说明 LinkedTransferQueue 与 LinkedBlockingQueue 的区别？

LinkedTransferQueue 是java 7中提供的新接口，性能比后者更优化。

五、`PriorityBlockingQueue`

public class PriorityBlockingQueueQuiz{
    public static void main(String[] args) throw Exception {
        BlockingQueue<Integer> queue = new PriorityBlockingQueue<>(2);
        // 1. PriorityBlockingQueue put(Object) 方法不阻塞，不抛异常
        // 2. PriorityBlockingQueue offer(Object) 方法不限制，允许长度变长
        // 3. PriorityBlockingQueue 插入对象会做排序，默认参照元素 Comparable 实现，
        //    或者显示地传递 Comparator
        queue.put(9);
        queue.put(1);
        queue.put(8);
        System.out.println("queue.size() =" + queue.size());
        System.out.println("queue.take() =" + queue.take());
        System.out.println("queue =" + queue);
    }
}

/**
queue.size() =3
queue.take() =1
queue =[8, 9]
*/

六、`SynchronusQueue`

public class SynchronusQueueQuiz{
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BlockingQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<>();
        // 1. SynchronousQueue 是无空间，offer 永远返回 false
        // 2. SynchronousQueue take() 方法会被阻塞，必须被其他线程显示地调用 put(Object);
        System.out.pringln("queue.offer(1) = " + queue.offer(1));
        System.out.pringln("queue.offer(2) = " + queue.offer(2));
        System.out.pringln("queue.offer(3) = " + queue.offer(3));
        System.out.println("queue.take() = " + queue.take());
        System.out.println("queue.size = " + queue.size());
    }
}

七、`BlockingQueue offer()`

请评估以下程序的运行结果？

public class BlockingQueueQuiz{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        offer(new ArrayBlockingQueue<>(2));
        offer(new LinkedBlockingQueue<>(2));
        offer(new PriorityBlockingQueue<>(2));
        offer(new SynchronousQueue<>());
    }
}

private static void offer(BlockingQueue<Integer> queue) throws Exception {
    System.out.println("queue.getClass() = " +queue.getClass().getName());
    System.out.println("queue.offer(1) = " + queue.offer(1));
    System.out.println("queue.offer(2) = " + queue.offer(2));
    System.out.println("queue.offer(3) = " + queue.offer(3));
    System.out.println("queue.size() = " + queue.size());
    System.out.println("queue.take() = " + queue.take());
    }
}

`Java`并发框架

一、锁`Lock`

锁主要提供了两种特性：互斥性和不可见性

请说明ReentranLock与ReentrantReadWriteLock的区别？

jdk 1.5以后，ReentranLock(重进入锁)与ReentrantReadWriteLock都是可重进入的锁，ReentranLock 都是互斥的，而ReentrantReadWriteLock是共享的，其中里面有两个类，一个是 ReadLock（共享，并行，强调数据一致性或者说可见性），另一个是 WriteLock(互斥，串行)。

请解释ReentrantLock为什么命名为重进入？

public class ReentrantLockQuestion {

    /**
     * T1 , T2 , T3
     *
     * T1(lock) , T2(park), T3(park)
     * Waited Queue -> Head-> T2 next -> T3
     * T1(unlock) -> unpark all
     * Waited Queue -> Head-> T2 next -> T3
     * T2(free), T3(free)
     *
     * -> T2(lock) , T3(park)
     * Waited Queue -> Head-> T3
     * T2(unlock) -> unpark all
     * T3(free)
     */
    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        // thread[main] ->
        // lock     lock           lock
        // main -> action1() -> action2() -> action3()
        synchronizedAction(ReentrantLockQuestion::action1);
    }


    private static void action1() {
        synchronizedAction(ReentrantLockQuestion::action2);
    }

    private static void action2() {
        synchronizedAction(ReentrantLockQuestion::action3);
    }

    private static void action3() {
        System.out.println("Hello,World");
    }

    private static void synchronizedAction(Runnable runnable) {
        lock.lock();
        try {
            runnable.run();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

请说明 Lock#lock() 与 Lock#lockInterruptibly() 的区别？

    /**
     * java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued
     * 如果当前线程已被其他线程调用了 interrupt() 方法时，这时会返回 true
     * acquireQueued 执行完时，interrupt 清空（false）
     * 再通过 selfInterrupt() 方法将状态恢复（interrupt=true）
     */
     public static void main(String[] args) {
         lockVsLockInterruptibly();
     }
     
        private static void lockVsLockInterruptibly() {

        try {
            lock.lockInterruptibly();
            action1();
        } catch (InterruptedException e) {
            // 显示地恢复中断状态
            Thread.currentThread().interrupt();
            // 当前线程并未消亡，线程池可能还在存活
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

lock() 优先考虑获取锁，待获取锁成功后，才响应中断。

**lockInterruptibly() ** 优先考虑响应中断，而不是响应锁的普通获取或重入获取。

ReentrantLock.lockInterruptibly 允许在等待时由其它线程调用等待线程的 Thread.interrupt 方法来中断等待线程的等待而直接返回，这时不用获取锁，而会抛出一个 InterruptedException。

ReentrantLock.lock 方法不允许 Thread.interrupt 中断,即使检测到 Thread.isInterrupted ,一样会继续尝试获取锁，失败则继续休眠。只是在最后获取锁成功后再把当前线程置为 interrupted 状态,然后再中断线程。

二、条件变量

`Condition`使用场景

CountDownLatch（condition变种）
CyclicBarrier（循环屏障）
信号量/灯(Semaphore)java9
生产者和消费者
阻塞队列

请解释 Condition await() 和 signal() 与 Object wait () 和 notify() 的相同与差异？

相同：阻塞和释放

差异：Java Thread 对象和实际 JVM 执行的 OS Thread 不是相同对象，JVM Thread 回调 Java Thread.run() 方法，同时 Thread 提供一些 native 方法来获取 JVM Thread 状态，当JVM thread 执行后，自动 notify()了。

三、屏障`Barriers`

请说明 CountDownLatch 与 CyclicBarrier 的区别？

CountDownLatch : 不可循环的，一次性操作（倒计时）。

public class CountDownLatchQuestion {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 倒数计数 5
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                action();
                latch.countDown(); // -1
            });
        }

        // 等待完成
        // 当计数 > 0，会被阻塞
        latch.await();

        System.out.println("Done");

        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }

    private static void action() {
        System.out.printf("线程[%s] 正在执行...\n", Thread.currentThread().getName());  // 2
    }

}

CyclicBarrier：可循环的，先计数 -1，再判断当计数 > 0 时候，才阻塞。

public class CyclicBarrierQuestion {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5); // 5

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); // 3

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                action();
                try {
                    // CyclicBarrier.await() = CountDownLatch.countDown() + await()
                    // 先计数 -1，再判断当计数 > 0 时候，才阻塞
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }

        // 尽可能不要执行完成再 reset
        // 先等待 3 ms
        executorService.awaitTermination(3, TimeUnit.MILLISECONDS);
        // 再执行 CyclicBarrier reset
        // reset 方法是一个废操作
        barrier.reset();

        System.out.println("Done");

        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }

    private static void action() {
        System.out.printf("线程[%s] 正在执行...\n", Thread.currentThread().getName());  // 2
    }

}

请说明 Semaphore（信号量/灯）的使用场景？

Semaphore 和Lock类似，比Lock灵活。其中有 acquire() 和 release() 两种方法，arg 都等于 1。acquire() 会抛出 InterruptedException，同时从 sync.acquireSharedInterruptibly(arg:1)可以看出是读模式（shared)； release()中可以计数，可以控制数量，permits可以传递N个数量。

public class SemaphoreTest {

    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new SecurityCheckThread(i, semaphore).start();
        }
    }

    private static class SecurityCheckThread extends Thread{
        private int seq;
        private Semaphore semaphore;

        public SecurityCheckThread(int seq, Semaphore semaphore){
            this.seq = seq;
            this.semaphore = semaphore;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println("No." + seq + "乘客，正在查验中....");

                if (seq%2 == 0){
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("No." + seq + "乘客，身份可疑，不能出国!");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                semaphore.release();
                System.out.println("No." + seq + "乘客已完成服务。");
            }
        }
    }
}

CountDownLatch实现

public class LegacyCountDownLatchDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 倒数计数 5
        MyCountDownLatch latch = new MyCountDownLatch(5);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                action();
                latch.countDown(); // -1
            });
        }

        // 等待完成
        // 当计数 > 0，会被阻塞
        latch.await();

        System.out.println("Done");

        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }

    private static void action() {
        System.out.printf("线程[%s] 正在执行...\n", Thread.currentThread().getName());  // 2
    }

    /**
     * Java 1.5+ Lock 实现
     */
    private static class MyCountDownLatch {

        private int count;

        private final Lock lock = new ReentrantLock();

        private final Condition condition = lock.newCondition();

        private MyCountDownLatch(int count) {
            this.count = count;
        }

        public void await() throws InterruptedException {
            // 当 count > 0 等待
            if (Thread.interrupted()) {
                throw new InterruptedException();
            }

            lock.lock();
            try {
                while (count > 0) {
                    condition.await(); // 阻塞当前线程
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

        public void countDown() {

            lock.lock();
            try {
                if (count < 1) {
                    return;
                }
                count--;
                if (count < 1) { // 当数量减少至0时，唤起被阻塞的线程
                    condition.signalAll();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    /**
     * Java < 1.5 实现
     */
    private static class LegacyCountDownLatch {

        private int count;

        private LegacyCountDownLatch(int count) {
            this.count = count;
        }

        public void await() throws InterruptedException {
            // 当 count > 0 等待
            if (Thread.interrupted()) {
                throw new InterruptedException();
            }

            synchronized (this) {
                while (count > 0) {
                    wait(); // 阻塞当前线程
                }
            }
        }

        public void countDown() {
            synchronized (this) {
                if (count < 1) {
                    return;
                }
                count--;
                if (count < 1) { // 当数量减少至0时，唤起被阻塞的线程
                    notifyAll();
                }
            }
        }
    }
}

四、线程池

请问J.U.C中内建了几种ExceptionService实现？

1.5：ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor

1.7：ForkJoinPool

public class ExecutorServiceQuestion {

    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 1.5
         *  ThreadPoolExecutor
         *  ScheduledThreadPoolExecutor :: ThreadPoolExecutor
         * 1.7
         *  ForkJoinPool
         */
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);

        executorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);

        // executorService 不再被引用，它会被 GC -> finalize() -> shutdown()
        ExecutorService executorService2 = Executors.newSingleThreadExecutor();
    }
}

如何获取 ThreadPoolExecutor 正在运行的线程？

public class ThreadPoolExecutorThreadQuestion {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // main 线程启动子线程，子线程的创造来自于 Executors.defaultThreadFactory()

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        // 之前了解 ThreadPoolExecutor beforeExecute 和 afterExecute 能够获取当前线程数量

        Set<Thread> threadsContainer = new HashSet<>();

        setThreadFactory(executorService, threadsContainer);
        for (int i = 0; i < 9; i++) { // 开启 9 个线程
            executorService.submit(() -> {
            });
        }

        // 线程池等待执行 3 ms
        executorService.awaitTermination(3, TimeUnit.MILLISECONDS);

        threadsContainer.stream()
                .filter(Thread::isAlive)
                .forEach(thread -> {
                    System.out.println("线程池创造的线程 : " + thread);
                });

        Thread mainThread = Thread.currentThread();

        ThreadGroup mainThreadGroup = mainThread.getThreadGroup();

        int count = mainThreadGroup.activeCount();
        Thread[] threads = new Thread[count];
        mainThreadGroup.enumerate(threads, true);

        Stream.of(threads)
                .filter(Thread::isAlive)
                .forEach(thread -> {
                    System.out.println("线程 : " + thread);
                });

        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }

    private static void setThreadFactory(ExecutorService executorService, Set<Thread> threadsContainer) {

        if (executorService instanceof ThreadPoolExecutor) {
            ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = (ThreadPoolExecutor) executorService;
            ThreadFactory oldThreadFactory = threadPoolExecutor.getThreadFactory();
            threadPoolExecutor.setThreadFactory(new DelegatingThreadFactory(oldThreadFactory, threadsContainer));
        }
    }

    private static class DelegatingThreadFactory implements ThreadFactory {

        private final ThreadFactory delegate;

        private final Set<Thread> threadsContainer;

        private DelegatingThreadFactory(ThreadFactory delegate, Set<Thread> threadsContainer) {
            this.delegate = delegate;
            this.threadsContainer = threadsContainer;
        }

        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread thread = delegate.newThread(r);
            // cache thread
            threadsContainer.add(thread);
            return thread;
        }
    }
}

五、`Future`

如何获取 Future 对象？

submit()

请举例 Future get() 以及 get(Long,TimeUnit) 方法的使用场景？

超时等待
InterruptedException
ExcutionException
TimeOutException

如何利用 Future 优雅地取消一个任务的执行？

public class CancellableFutureQuestion {

    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

        Future future = executorService.submit(() -> { // 3秒内执行完成，才算正常
            action(5);
        });

        try {
            future.get(3, TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            // Thread 恢复中断状态
            Thread.currentThread().interrupt();
        } catch (ExecutionException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (TimeoutException e) {
            // 执行超时，适当地关闭
            Thread.currentThread().interrupt(); // 设置中断状态
            future.cancel(true); // 尝试取消
        }

        executorService.shutdown();
    }

    private static void action(int seconds) {
        try {
            Thread.sleep(TimeUnit.SECONDS.toMillis(seconds)); // 5 - 3
            // seconds - timeout = 剩余执行时间
            if (Thread.interrupted()) { // 判断并且清除中断状态
                return;
            }
            action();
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }

    private static void action() {
        System.out.printf("线程[%s] 正在执行...\n", Thread.currentThread().getName());  // 2
    }
}

六、`Volatile`

在 Java 中，volatile 保证的是可见性还是原子性？

volatile 既有可见性又有原子性（非我及彼），可见性是一定的，原子性是看情况的。对象类型和原生类型都是可见性，原生类型是原子性。

在 Java 中，volatile long 和 double 是线程安全的吗？

volatile long 和 double 是线程安全的。

在 Java 中，volatile 底层实现是基于什么机制？

内存屏障（变量 Lock）机制：一个变量的原子性的保证。

七、原子操作`Atomic`

为什么 AtomicBoolean 内部变量使用 int 实现，而非 boolean?

操作系统有 X86 和 X64，在虚拟机中，基于boolean 实现就是用 int 实现的，用哪一种实现都可以。虚拟机只有32位和64位的，所以用32位的实现。

在变量原子操作时，Atomic CAS 操作比 synchronized 关键字哪个更重？*

Synchronization

同线程的时候，synchronized 更快；而多线程的时候则要分情况讨论。

public class AtomicQuestion {

    private static int actualValue = 3;

    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(3);
        // if( value == 3 )
        //     value = 5
        atomicInteger.compareAndSet(3, 5);
        // 偏向锁 < CAS 操作 < 重锁（完全互斥）
        // CAS 操作也是相对重的操作，它也是实现 synchronized 瘦锁(thin lock)的关键
        // 偏向锁就是避免 CAS（Compare And Set/Swap)操作
    }

    private synchronized static void compareAndSet(int expectedValue, int newValue) {
        if (actualValue == expectedValue) {
            actualValue = newValue;
        }
    }
}

Atomic CAS 的底层是如何实现？*

汇编指令：cpmxchg (Compare and Exchange)

posted @ 2021-03-17 08:36 ice_image 阅读(665) 评论(0) 编辑收藏举报

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幻冰

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Java多线程

多线程基础

一、创建线程

1、继承Thread

2、实现Runnable

3、Callable和Future创建线程