JUC入门（一）

进程与线程的区别

　　进程：系统正在运行的一个应用程序，程序一旦运行就是进程，进程是资源分配的最小单位

　　线程：线程是程序执行的最小单位

线程的基本状态

　　1）new 新建

　　2）runnable 准备就绪

　　3）blocked 阻塞

　　4）waiting 不见不散的等待

　　5）timed_waiting 过时不候

　　6）terminated 终结

wait和sleep的区别

　　1）sleep是Thread的静态方法，wait是Object的方法，任何对象都能够调用

　　2）sleep不会释放锁，也不需要占用锁。wait会释放锁，但调用它的前提是当前线程占有锁

　　3）他们都可以被interrupted中断

并发和并行

　　并发：同一时刻多个线程在访问同一个资源

　　并行：多项工作一起同时执行

管程（Monitor）

　　是一种同步机制，保证同一时间内，只有一个线程访问被保护数据或者代码

　　jvm的同步是基于进入和退出的时候，使用管程对象实现的

用户线程和守护线程

　　用户线程：自定义线程，如果用户线程还存活，jvm就不会关闭

public static void main(String[] args){
        Thread aa = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + Thread.currentThread().isDaemon());
            while(true){

            }
        }, "aa");
        aa.start();
    }

可以看到下图中一直在死循环，没有return 0；

守护线程：比如垃圾回收，如果没有用户线程在执行了，即使守护线程还在，jvm也会结束

public static void main(String[] args){
        Thread aa = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + Thread.currentThread().isDaemon());
            while(true){

            }
        }, "aa");
        aa.setDaemon(true);  //改为守护线程
        aa.start();
    }

可以看到，即使守护线程运行还没结束，主程序已经return

Synchronized

　　修饰的对象有以下几种

　　1）修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步代码快

　　2）修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法

　　3）修饰一个静态的方法，作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象

　　4）修饰一个类，作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用的对象是这个类的所有对象

一个关于Synchronized的一个买票小例子

class Ticket{
    private int number=30;
    public synchronized void sale(){
        if(number>0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出"+(number--)+"剩下"+number);
        }
    }
}

public class Sale {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i=0;i<40;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"AA").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i=0;i<40;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"BB").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i=0;i<40;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"CC").start();
    }
}

Lock　

　　除了synchronized锁，在JDK 1.5，Java提供了更强大的线程同步机制，比起 synchronized 隐式的方式，虽然可以看到它锁的代码片段，但看不到更具体的；不同synchronized锁，Lock锁可以看到它的开始和结束。（用法也是如此，手动创建Lock锁，需要手动关闭Lock锁）

　　Lock是显性的方式来实现同步

Lock与Synchronized的区别

　　1）Lock不是java语言内置的，synchronized是java的关键字，因此是内置特性，Lock是类，通过这个类可以实现同步访问

　　2）Lock和Synchronized有一点非常不同，采用synchronized不需要用户手动加锁解锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完或者发生异常之后，系统会自动的让线程释放对锁的占用，而Lock则必须手动去释放锁，如果没有释放，则会造成死锁现象

　　3）Lock可以让等待的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，线程会一直执行下去，不能够响应中断

　　4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到

　　5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率

使用lock锁来实现买票问题

class LTicket{
    private int number=30;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void sale(){
        try{
            lock.lock();
            if(number>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出"+(number--)+"剩下"+number);
            }
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class SaleByLock {
    public static void main(String[] args) {
        LTicket ticket = new LTicket();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i=0;i<40;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"AA").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i=0;i<40;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"BB").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i=0;i<40;i++){
                    ticket.sale();
                }
            }
        },"CC").start();
    }
}

使用Synchronized关键字一个线程通信的例子（线程A当number==0时执行++，线程B当number==1时，执行--，要实现，一个加一个减一个加一个减）

class share{
    private int number=0;
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        if(number!=0){
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":number"+number);
        notifyAll();
    }
    public synchronized void desc() throws InterruptedException {
        if(number==0){
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":number"+number);
        notifyAll();
    }

}
public class XCTX {
    public static void main(String[] args){
        share share = new share();
        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    share.incr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    share.desc();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();
    }

}

执行结果如下：

线程通信的虚假唤醒问题

　　在上面所述的例子中，如果我们多增加两个线程C、D，一个执行++，一个执行--，那么，就有可能会出现以下问题（虚假唤醒）

　　那么，为什么会出现这样的问题呢？原因是出现在if语句

　　　　我们有4个线程A、B、C、D、两个加两个减

　　　　当我们执行B线程（进行减操作）结束的时候，就会唤醒其他线程，其他线程会根据值来判定是否wait

　　　　其中A跟C是满足条件继续执行的，但是因为加了synchronized，所以只有一个能执行

　　　　这里我们假设A拿到了锁，成功执行，那么C就只能进入wait

　　　　当A结束的时候，就会唤醒其他线程

　　　　而这个时候，因为C之前已经进入过了wait，而这是一个if语句（也就是不会再次判定），那么C就能够直接往下继续执行

　　　　但是C在这个时候，我们是希望等待的。

　　　　这就是虚假唤醒

　　如何解决虚假唤醒？

　　只需要将if语句改成while语句，进行循环判断即可

class share{
    private int number=0;
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        while(number!=0){
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":number"+number);
        notifyAll();
    }
    public synchronized void desc() throws InterruptedException {
        while(number==0){
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":number"+number);
        notifyAll();
    }

}
public class XCTX {
    public static void main(String[] args){
        share share = new share();
        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    share.incr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    share.desc();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    share.incr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"C").start();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    share.desc();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"D").start();
    }

}

View Code

使用lock锁实现线程通信

class share2{
    private int number=0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    public void incr(){
        lock.lock();
        try{
            while(number!=0){
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":number"+number);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void decr(){
        lock.lock();
        try{
            while(number!=1){
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":number"+number);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

}
public class XCTX2 {
    public static void main(String[] args) {

        share2 share = new share2();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                share.incr();
            }
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                share.decr();
            }
        },"B").start();

    }
}

View Code

实现一个定制化通信（依次打印“A线程打印5次A，B线程打印10次B，C线程打印15次C”10次）

思路：

　　condition是用来干嘛的？是多线程间协调通信的工具类

　　1）创建一个ReentrantLock()对象，并且创建3个用来通信的condition，c1 c2 c3

　　2）实现三个print方法，分别对应题目要求，每一个方法里用flag来维护是否等待，唤醒操作用condition.signal();

　　3）使用3个线程取调用这三个方法，循环10次

package com.ma;

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

class ShareResource{
    private int flag=1;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    private Condition c1 = lock.newCondition();
    private Condition c2 = lock.newCondition();
    private Condition c3 = lock.newCondition();

    public void print15() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try{
            while(flag!=3){
                c3.await();
            }
            for(int i=1;i<=15;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":C");
            }
            flag=1;
            c1.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void print10() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try{
            while(flag!=2){
                c2.await();
            }
            for(int i=1;i<=10;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":B");
            }
            flag=3;
            c3.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void print5() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try{
            while(flag!=1){
                c1.await();
            }
            for(int i=1;i<=5;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":A");
            }
            flag=2;
            c2.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class XCTX3 {
    public static void main(String[] args){
        ShareResource shareResource = new ShareResource();
        new Thread(()->{
            try {
                for(int i=1;i<=10;i++) {
                    shareResource.print5();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            try {
                for(int i=1;i<=10;i++) {
                    shareResource.print10();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            try {
                for(int i=1;i<=10;i++) {
                    shareResource.print15();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"C").start();
    }
}

View Code

集合的线程安全问题

　　集合线程不安全的一个例子

public class CollectionSafe {
    public static void main(String[] args){
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for(int i=1;i<=30;i++){
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

执行上述代码的时候，有很大概率会触发并发修改异常

　　如何解决？

　　1）因为ArrayList是不安全的，所以可以用vector（线程安全）来替换

　　　　　　List<String> list = new Vector<>();

　　2）使用Collections解决

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

　　3）使用CopyOnwriteArrayList

　　　　　　List<String> list = new CopyOnwriteArrayList<>();

那么CopyOnwriteArrayList为什么能够避免并发修改问题呢？

　　1)CopyOnWriteArrayList是Java并发包中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操作无锁的ArrayList，写操作则通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略，我们也可以称这种容器为"写时复制器"，Java并发包中类似的容器还有CopyOnWriteSet。

　　2)很多时候，我们的系统应对的都是读多写少的并发场景。CopyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。

　　3）优点：读操作性能很高，因为无需任何同步措施，比较适用于读多写少的并发场景。Java的list在遍历时，若中途有别的线程对list容器进行修改，则会抛出ConcurrentModificationException异常。而CopyOnWriteArrayList由于其"读写分离"的思想，遍历和修改操作分别作用在不同的list容器，所以在使用迭代器进行遍历时候，也就不会抛出ConcurrentModificationException异常了

　　4）缺点也很明显，一是内存占用问题，毕竟每次执行写操作都要将原容器拷贝一份，数据量大时，对内存压力较大，可能会引起频繁GC；二是无法保证实时性，Vector对于读写操作均加锁同步，可以保证读和写的强一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其实现策略的原因，写和读分别作用在新老不同容器上，在写操作执行过程中，读不会阻塞但读取到的却是老容器的数据。

HashMap的并发修改异常

例子如下

    Map<String,String> map = new HashMap<>();
        for(int i=1;i<=30;i++){
            String key=String.valueOf(i);
            new Thread(()->{
               map.put(key,UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
               System.out.println(map);
            }).start();
        }

我们可以用ConcurrentHashMap<>()来避免这个问题

Map<String,String> map = new ConcurrentHashMap<>(); 
        for(int i=1;i<=30;i++){
            String key=String.valueOf(i);
            new Thread(()->{
               map.put(key,UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
               System.out.println(map);
            }).start();
        }

posted @ 2021-09-10 10:15 古比阅读(62) 评论(0) 编辑收藏举报

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