Java并发总结
并发问题的根源
- 可见性：一个线程的操作结果是否对另一个线程可见
- 原子性：一个线程进行操作时是否会被其它线程干扰
可见性问题的来源
- 缓存：每一个线程会有自己的工作内存来缓存主存中的内容，线程通过这个缓存操作主存，所以可能存在刷新不及时的问题
- 指令重排：CPU会对编译后的字节码指令进行重排序后执行，原则上这种重排序对单线程来说是透明的，但对于多个线程来说可能不是
安全发布对象的几种方式
影响对象安全发布的是可见性问题，所以我们只要将可见性问题解决就能安全发布对象
- 线程封闭：即不共享任何对象
- 不可变对象：发布不可变或事实不可变的对象，这样永远不会出现可见性问题，该对象总是安全的
- 静态初始化函数中初始化对象
- volatile或AtomicReference
- 保存到final域
- 放到由锁保护的域中：如并发容器，线程安全容器，自己编写的同步代码块，这样Happens-Before原则会保证可见性
保证线程安全的几种方式
线程安全是特定于业务的一个话题，主要是采取各种操作使得类中的不变性条件得到满足。
- 实例封闭：使用一个类包装另一个类，在外层类中委托内层类实现功能，并提供线程安全保护
- 委托其它线程安全组件：直接使用已有的线程安全组件，比如ConcurrentHashMap，可以直接使用也可以利用它们对类中的不变性约束进行保护
- 扩展现有的线程安全组件：你可以继承或组合Vector，实现新的功能，这要求现有的线程安全组件使用开放的加锁策略，比如锁定到
this上。
Java中已有的多线程开发组件
- 同步容器类：Vector、Hashtable...
- 并发容器类：ConcurrentHashMap
- 同步工具类：CountDownLatch、信号量、栅栏...
- 阻塞队列
Executor&线程池
- Executor：任务的执行器，用于将任务与其执行方式解耦，但在并发编程中往往还是有很多隐式耦合
- ExecutorService：在
Executor上进行扩展，可以被结束，提供了新的提交任务的方法——submit方法，该方法返回用于追踪并控制任务进度的Future对象 - 线程池：
ExecutorService的一些基于线程池的实现
线程池提交任务过程
- 如果线程池中线程个数小于
corePoolSize，创建一个新线程 - 否则，判断线程池中是否有空闲线程，有就让它执行
- 否则，判断当前任务等待队列是否未满，是就让它进入队列排队
- 否则，判断当前线程池中线程数是否小于
maximumPoolSize，是就创建线程 - 否则，拒绝该任务
填补核心线程 -> 复用空闲线程 -> 进入等待队列 ->
创建大于核心线程数量的更多线程 -> 到达最大线程数限制，拒绝
线程池饱和策略
当一个任务被线程池拒绝时采取的策略
- AbortPolicy——抛出RejectedExecutionException
- CallerRunsPolicy——让调用者线程执行该任务
- DiscardPolicy——静默抛弃该任务
- DiscardOldestPolicy——静默抛弃队列中的第一个任务（在优先级队列中会抛弃优先级最高的任务）
常见线程池
FixedThreadPool
- 等待队列无界，线程池大小永远不会超过核心线程数，永远不会拒绝任务
- 核心大小和最大大小相同
- keepAliveTime为0，由于核心大小和最大大小一致，这个参数没有意义了
CachedThreadPool
- 最大线程数无界，永远不会拒绝任务
- 核心线程数为0，不会保留任何线程
- keepAliveTime为60，每一个执行任务结束后的线程有60秒的时间等待被复用
- 使用容量为0的同步队列，每一个新来的任务在没有可复用线程的情况下立即创建新线程
任务取消
interrupt
如果你直接操作线程，你可以调用线程的interrupt方法通知线程你希望打断它，这是一个协商的过程，任务是否会被取消的决定权在于线程。
Future.cancel
如果你使用ExecuterService，提交任务时会返回一个Future，可以使用Future.cancel方法来取消任务。
Future.cancel方法的参数是一个布尔类型，若为true，它会尝试interrupt底层线程，如果为false则不会。Future.cancel的另一个副作用会让Future.get抛出异常。
其它学问
- 有些阻塞操作是不响应中断的，比如
socket.read/write，此时需要阅读对应API的文档找到中断的方式，并且可以通过改写执行线程的interrupt方法让它适配Java统一的任务取消模型 - 响应中断的方法（Thread.sleep）会在接收到中断时清除中断状态并抛出异常，你可以选择向上抛出该异常或重新调用底层线程的
interrupt方法来恢复中断状态，任务不应该对底层线程处理中断的方式做任何假设
性能和可伸缩性
可伸缩性描述了当系统的计算资源（CPU）增加时，程序的执行效率是否能够相应增加
Amdahl定律指出可伸缩性受程序中必须串行执行部分的影响
- 缩小锁范围
- 降低请求频率
- 锁分解：将逻辑不相关的内容分解
- 锁分段：维护多个锁，降低单个锁被请求的频率（ConcurrentHashMap）
- 避免热点域：避免出现多线程都要频繁访问的数据，比如
length，可以通过为每个分段维护自己的length以消除额外的保护 - 不使用独占锁：ReadWriteLock或CAS（原子变量）
ABA问题
在CAS操作中，你期待的旧值是A，但有的线程将它设置成了B后又设置成了A，你的操作无法检测到这一点
内存模型
程序顺序原则
在单一线程内部，不管怎么重排都必须保证结果和顺序执行一致
同步顺序原则（Synchronization Order）
符合下面原则中的操作，即使在多个线程之间，也会保证其先后顺序
- 对于同一个锁，一个解锁操作将与后续任何线程的加锁操作保持同步顺序
- 对一个volatile变量的写入与后续任何线程对它的读取保持同步顺序
- 线程的start操作与该线程中第一行语句的保持同步顺序
- 变量默认值的写入与每个线程的第一个动作保持同步顺序
- 线程T1中的最后一个操作与另一个线程T2检测到线程T1已经终结保持同步顺序
- 如果T1打断了T2，那么T1的中断与任何线程（包括T2）检测到T2已经被中断保持同步顺序
Happens-Before原则
符合Happens-Before原则的两个线程，前面线程的所有操作对后面的线程可见
- 一个获取锁的线程可以看到前面释放锁的线程所做的操作
- 对volatile进行读取的线程可以看到前面写入该变量的线程的操作
- 一个线程在调用另一个线程的
start方法前的所有操作对另一个线程可见 - 一个线程在调用另一个线程的
join方法时，当该方法返回后，另一个线程的所有操作对该线程可见 - 何对象的默认初始化方法都先行发生于对这个对象的所有操作之前
