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JUC笔记

1. 什么是JUC

JUC就是java.util.concurrent下面的类包，专门用于多线程的开发。

2.线程和进程

进程是操作系统中的应用程序、是资源分配的基本单位，线程是用来执行具体的任务和功能，是CPU调度和分派的最小单位

一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个

1）进程

一个程序，QQ.EXE Music.EXE；数据+代码+pcb

一个进程可以包含多个线程，至少包含一个线程！

Java默认有几个线程？2个线程！ main线程、GC线程

2）线程

开了一个进程Typora，写字，等待几分钟会进行自动保存(线程负责的)

对于Java而言：Thread、Runable、Callable进行开启线程的。

提问？JAVA真的可以开启线程吗？ 开不了的！

Java是没有权限去开启线程、操作硬件的，这是一个native的一个本地方法，它调用的底层的C++代码。

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text
复制代码
public synchronized void start() {
    /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
     */
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    /* Notify the group that this thread is about to be started
     * so that it can be added to the group's list of threads
     * and the group's unstarted count can be decremented. */
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}
//这是一个C++底层，Java是没有权限操作底层硬件的
private native void start0();

3）并发

多线程操作同一个资源。

CPU 只有一核，模拟出来多条线程，天下武功，唯快不破。那么我们就可以使用CPU快速交替，来模拟多线程。 并发编程的本质：充分利用CPU的资源！

4） 并行

并行： 多个人一起行走

CPU多核，多个线程可以同时执行。 我们可以使用线程池！

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text
复制代码
//获取cpu的核数
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        //获取cpu的核数
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    }

5）线程的状态（6个）

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text
复制代码
public enum State {
	//运行
    NEW,

	//运行
    RUNNABLE,

	//阻塞
    BLOCKED,

	//等待 死死的等
    WAITING,

	//超时等待
    TIMED_WAITING,

	//终止
    TERMINATED;
}

6）wait/sleep

1、来自不同的类

wait => Object

sleep => Thread

一般情况企业中使用休眠是：

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java
复制代码
TimeUnit.DAYS.sleep(1); //休眠1天
TimeUnit.SECONDS.sleep(1); //休眠1s

2、关于锁的释放

wait 会释放锁；

sleep睡觉了，不会释放锁；

3、使用的范围是不同的

wait 必须在同步代码块中使用；

sleep 可以在任何地方睡；

4、是否需要捕获异常

wait需要捕获 InterruptedException

sleep需要捕获 InterruptedException

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text
复制代码
synchronized (lock) {
    try {
        lock.wait(); // 等待
    } catch (InterruptedException e) {
        // 处理中断异常
        Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
    }
}

3.Lock

1）传统的 synchronized

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text
复制代码
package com.marchsoft.juctest;

import lombok.Synchronized;

/**
 * Description：synchronized
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/10 21:36
 **/

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        final Ticket ticket = new Ticket();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"C").start();
    }
}
// 资源类 OOP 属性、方法
class Ticket {
    private int number = 30;

    //卖票的方式
    public synchronized void sale() {
        if (number > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + (number--) + "张票剩余" + number + "张票");
        }
    }
}

2）Lock

Lock的三种实现 ReentrantLock（常用）

image-20200810221525974

image-20200810221731649

公平锁： 十分公平，必须先来后到~；

非公平锁： 十分不公平，可以插队；(默认为非公平锁)

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text
复制代码
package com.marchsoft.juctest;

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

/**
 * Description：
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/10 22:05
 **/

public class LockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final Ticket2 ticket = new Ticket2();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "C").start();
    }
}
//lock三部曲
//1、    Lock lock=new ReentrantLock();
//2、    lock.lock() 加锁
//3、    finally=> 解锁：lock.unlock();
class Ticket2 {
    private int number = 30;
	
    // 创建锁
    Lock lock = new ReentrantLock();
    //卖票的方式
    public void sale() {
        lock.lock(); // 开启锁
        try {
            if (number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + (number--) + "张票剩余" + number + "张票");
            }
        }finally {
            lock.unlock(); // 关闭锁
        }

    }
}

3）Synchronized 与Lock 的区别

1、Synchronized 内置的Java关键字，Lock是一个Java接口

2、Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock可以判断

3、Synchronized 会自动释放锁，lock必须要手动加锁和手动释放锁！可能会遇到死锁

4、Synchronized 线程1(获得锁->阻塞)、线程2(等待)；lock就不一定会一直等待下去，lock会有一个trylock去尝试获取锁，不会造成长久的等待。

5、Synchronized 是可重入锁，不可以中断的，非公平的；Lock，可重入的，可以判断锁，可以自己设置公平锁和非公平锁；

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；

4. 生产者和消费者的关系

1）Synchronzied 版本

▼
text
复制代码
package com.marchsoft.juctest;

/**
 * Description：
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/10 22:33
 **/

public class ConsumeAndProduct {
    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();
    }
}

class Data {
    private int num = 0;

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

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

2）存在问题（虚假唤醒）

问题，如果有四个线程，会出现虚假唤醒

线程1进入方法，++后释放，线程2进入方法，！=被wait，线程3进入方法，--后释放，释放的瞬间线程1拿到了锁，进入后++，线程2从wait中被唤醒，向下执行后++，出现了2这样的数字

解决方式 ，if 改为while即可，防止虚假唤醒

结论：就是用if判断的话，唤醒后线程会从wait之后的代码开始运行，但是不会重新判断if条件，直接继续运行if代码块之后的代码，而如果使用while的话，也会从wait之后的代码运行，但是唤醒后会重新判断循环条件，如果不成立再执行while代码块之后的代码块，成立的话继续wait。

3）Lock版

​ Lock lock = new ReentrantLock(); ​ Condition condition = lock.newCondition();

image-20200811094721678

▼
text
复制代码
package com.marchsoft.juctest;

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

/**
 * Description：
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/11 9:48
 **/

public class LockCAP {
    public static void main(String[] args) {
        Data2 data = new Data2();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {

                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "C").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "D").start();
    }
}

class Data2 {
    private int num = 0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    // +1
    public  void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            // 判断等待
            while (num != 0) {
                condition.await();
            }
            num++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
            // 通知其他线程 +1 执行完毕
            condition.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    // -1
    public  void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            // 判断等待
            while (num == 0) {
                condition.await();
            }
            num--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + num);
            // 通知其他线程 +1 执行完毕
            condition.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }
}

4）Condition的优势

精准的通知和唤醒的线程！

通过多个 lock.newCondition() 监视器，实现线程执行顺序

如果我们要指定通知的下一个进行顺序怎么办呢？ 我们可以使用Condition来指定通知进程~

▼
text
复制代码
package com.marchsoft.juctest;

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

/**
 * Description：
 * A 执行完 调用B
 * B 执行完 调用C
 * C 执行完 调用A
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/11 9:58
 **/

public class ConditionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Data3 data3 = new Data3();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data3.printA();
            }
        },"A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data3.printB();
            }
        },"B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data3.printC();
            }
        },"C").start();
    }

}
class Data3 {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int num = 1; // 1A 2B 3C

    public void printA() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码 判断 -> 执行 -> 通知
            while (num != 1) {
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> AAAA" );
            num = 2;
            condition2.signal();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printB() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码 判断 -> 执行 -> 通知
            while (num != 2) {
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> BBBB" );
            num = 3;
            condition3.signal();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printC() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码 判断 -> 执行 -> 通知
            while (num != 3) {
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> CCCC" );
            num = 1;
            condition1.signal();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
/*
A==> AAAA
B==> BBBB
C==> CCCC
A==> AAAA
B==> BBBB
C==> CCCC
...
*/

5. 8锁现象

如何判断锁的是谁！锁到底锁的是谁？

锁会锁住：对象、Class

深刻理解我们的锁

问题1

两个同步方法，先执行发短信还是打电话

▼
text
复制代码
public class dome01 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(() -> { phone.sendMs(); }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> { phone.call(); }).start();
    }
}

class Phone {
    public synchronized void sendMs() {
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

输出结果为

发短信

打电话

为什么？ 如果你认为是顺序在前？ 这个答案是错误的！

问题2：

我们再来看：我们让发短信 延迟4s

▼
text
复制代码
public class dome01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(() -> {
            try {
                phone.sendMs();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> { phone.call(); }).start();
    }
}

class Phone {
    public synchronized void sendMs() throws InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

现在结果是什么呢？

结果：还是先发短信，然后再打电话！

why？

原因：并不是顺序执行，而是synchronized 锁住的对象是方法的调用！对于两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁先执行，另外一个等待

问题三

加一个普通方法

▼
text
复制代码
public class dome01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Phone phone = new Phone();

        new Thread(() -> {
            try {
                phone.sendMs();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> { phone.hello(); }).start();
    }
}

class Phone {
    public synchronized void sendMs() throws InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

输出结果为

hello

发短信

原因：hello是一个普通方法，不受synchronized锁的影响，不用等待锁的释放

问题四

如果我们使用的是两个对象，一个调用发短信，一个调用打电话，那么整个顺序是怎么样的呢？

▼
text
复制代码
public class dome01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Phone phone1 = new Phone();
        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(() -> {
            try {
                phone1.sendMs();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> { phone2.call(); }).start();
    }
}

class Phone {
    public synchronized void sendMs() throws InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

输出结果

打电话

发短信

原因：两个对象两把锁，不会出现等待的情况，发短信睡了4s,所以先执行打电话

问题五、六

如果我们把synchronized的方法加上static变成静态方法！那么顺序又是怎么样的呢？

（1）我们先来使用一个对象调用两个方法！

答案是：先发短信,后打电话

（2）如果我们使用两个对象调用两个方法！

答案是：还是先发短信，后打电话

原因是什么呢？ 为什么加了static就始终前面一个对象先执行呢！为什么后面会等待呢？

原因是：对于static静态方法来说，对于整个类Class来说只有一份，对于不同的对象使用的是同一份方法，相当于这个方法是属于这个类的，如果静态static方法使用synchronized锁定，那么这个synchronized锁会锁住整个对象！不管多少个对象，对于静态的锁都只有一把锁，谁先拿到这个锁就先执行，其他的进程都需要等待！

问题七

如果我们使用一个静态同步方法、一个同步方法、一个对象调用顺序是什么？

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复制代码
public class dome01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Phone phone1 = new Phone();
//        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(() -> {
            try {
                phone1.sendMs();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> { phone1.call(); }).start();
    }
}

class Phone {
    public static synchronized void sendMs() throws InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

输出结果

打电话

发短信

原因：因为一个锁的是Class类的模板，一个锁的是对象的调用者。所以不存在等待，直接运行。

问题八

如果我们使用一个静态同步方法、一个同步方法、两个对象调用顺序是什么？

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复制代码
public class dome01 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Phone phone1 = new Phone();
        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(() -> {
            try {
                phone1.sendMs();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(() -> { phone2.call(); }).start();
    }
}

class Phone {
    public static synchronized void sendMs() throws InterruptedException {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

输出结果

打电话

发短信

原因：两把锁锁的不是同一个东西

小解

new 出来的 this 是具体的一个对象

**static **修饰的synchronized方法，锁对象指向的是class类

6. 集合不安全

1）List 不安全

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复制代码
//java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {

        List<Object> arrayList = new ArrayList<>();

        for(int i=1;i<=10;i++){
            new Thread(()->{
                arrayList.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(arrayList);
            },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

会导致 java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！

ArrayList 在并发情况下是不安全的

解决方案：

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public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 解决方案
         * 1. List<String> list = new Vector<>();
         * 2. List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         * 3. List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
         */
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        

        for (int i = 1; i <=10; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

CopyOnWriteArrayList：写入时复制！ COW 计算机程序设计领域的一种优化策略

核心思想是，如果有多个调用者（Callers）同时要求相同的资源（如内存或者是磁盘上的数据存储），他们会共同获取相同的指针指向相同的资源，直到某个调用者视图修改资源内容时，系统才会真正复制一份专用副本（private copy）给该调用者，而其他调用者所见到的最初的资源仍然保持不变。这过程对其他的调用者都是透明的（transparently）。此做法主要的优点是如果调用者没有修改资源，就不会有副本（private copy）被创建，因此多个调用者只是读取操作时可以共享同一份资源。

读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的CopyOnWriteArrayList。

多个线程调用的时候，list，读取的时候，固定的，ArrayList在 写入（存在覆盖操作）；CopyOnWriteArrayList在写入的时候通过赋值一个新的数组修改，避免覆盖，造成数据错乱的问题；

CopyOnWriteArrayList比Vector厉害在哪里？

  • Vector：
    • 使用 同步方法（synchronized 方法）来保证线程安全。
    • 锁的粒度是整个对象，即同一时间只能有一个线程访问 Vector 的方法（无论是读还是写）。
    • 这种粗粒度锁在高并发场景下会导致性能瓶颈。
  • CopyOnWriteArrayList：
    • 使用 写时复制（Copy-On-Write） 机制来保证线程安全。
    • 读操作完全无锁，支持高并发读。
    • 写操作会加锁，但锁的粒度更细，只针对写操作本身。
    • 这种设计在读多写少的场景下性能更高。

迭代器的行为

  • Vector：
    • 迭代器是 快速失败（fail-fast） 的，如果在迭代过程中集合被修改，会抛出 ConcurrentModificationException。
    • 这种设计适合单线程环境，但在多线程环境下可能会导致问题。
  • CopyOnWriteArrayList：
    • 迭代器是 弱一致性 的，迭代过程中不会抛出 ConcurrentModificationException。
    • 迭代器基于创建时的数组副本，因此不会受到写操作的影响。
    • 这种设计适合多线程环境。

2）set 不安全

Set和List同理可得: 多线程情况下，普通的Set集合是线程不安全的；

解决方案还是两种：

  • 使用Collections工具类的synchronized包装的Set类
  • 使用CopyOnWriteArraySet 写入复制的JUC解决方案
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复制代码
public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 1. Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
         * 2. Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
         */
//        Set<String> set = new HashSet<>();
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 1; i <= 30; i++) {
            new Thread(() -> {
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

HashSet底层是什么？

hashSet底层就是一个HashMap；

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public HashSet() {
	map = new HashMap<>();
}
// add set 本质就是map key是无法重复的！
public boolean add(E e){
	return map.put(e, PRESENT) ==null;
}

3）Map不安全

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复制代码
//map 是这样用的吗？  不是，工作中不使用这个
//默认等价什么？ new HashMap<>(16,0.75);
Map<String, String> map = new HashMap<>();
//加载因子、初始化容量

默认加载因子是0.75,默认的初始容量是16

image-20200811150700927

同样的HashMap基础类也存在并发修改异常！

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复制代码
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //map 是这样用的吗？  不是，工作中不使用这个
        //默认等价什么？ new HashMap<>(16,0.75);
        /**
         * 解决方案
         * 1. Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
         *  Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
         */
        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        //加载因子、初始化容量
        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();
        }
    }
}

并发类型的包下

ConcurrentHashMap是关于map的

ConcurrentLinkedDeque是关于队列的

CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet 是正常书写形式

image-20250303211443575

ConcurrentHashMap底层原理：

JDK 7 中的实现

  • 分段锁（Segment）：
    • ConcurrentHashMap 将数据分成多个段（Segment），每个段是一个独立的哈希表。
    • 每个段有自己的锁（ReentrantLock），不同段的操作可以并行执行。
    • 默认有 16 个段，因此最多支持 16 个线程并发写操作。
  • 数据结构：
    • 每个段内部是一个 HashEntry 数组，类似于 HashMap 的链表结构。
    • 通过分段锁，减少了锁的竞争，提高了并发性能。

JDK 8 中的实现

  • 数组 + 链表 + 红黑树：
    • ConcurrentHashMap 取消了分段锁的设计，改为使用 Node 数组 + 链表 + 红黑树的结构。
    • 当链表长度超过一定阈值（默认 8）时，链表会转换为红黑树，以提高查询性能。
  • CAS + synchronized：
    • 使用 CAS（Compare-And-Swap）操作来实现无锁化的线程安全。
    • 对于写操作，只在特定桶上加锁（synchronized），锁的粒度更细。

线程安全机制

JDK 7 中的线程安全

  • 分段锁：
    • 每个段（Segment）有自己的锁，不同段的操作可以并行执行。
    • 同一段内的操作需要竞争锁，但锁的粒度较小。

JDK 8 中的线程安全

  • CAS + synchronized：
    • 读操作：完全无锁，支持高并发读。
    • 写操作：
      • 使用 CAS 操作来保证原子性。
      • 对于哈希冲突的桶（链表或红黑树），使用 synchronized 加锁。
    • 锁的粒度是单个桶（Node），锁竞争更少。

7. Callable

1、可以有返回值； 2、可以抛出异常； 3、方法不同，run()/call()

futuretask实现了Runnable接口的子接口runnablefuture，

futuretask又有一个带callable类型参数的构造器，所以futuretask可以作为Runnable接口的实现类传到thread的构造器中啊

image-20250303220149257

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复制代码
public class callable {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 1. 创建 MyThread 实例，MyThread 实现了 Callable 接口
        MyThread myThread = new MyThread();

        // 2. 创建 FutureTask 实例，将 MyThread 实例作为参数传入
        // FutureTask 是 Runnable 的实现类，同时包装了 Callable
        FutureTask<Integer> future = new FutureTask<>(myThread);

        // 3. 创建 Thread 实例，将 FutureTask 作为参数传入
        // FutureTask 实现了 Runnable，因此可以作为 Thread 的参数
        new Thread(future).start();

        // 4. 调用 FutureTask 的 get() 方法获取 Callable 任务的返回值
        // get() 方法会阻塞，直到任务执行完成并返回结果
        Integer integer = future.get();

        // 5. 打印任务返回的结果
        System.out.println(integer);
    }
}

// 6. 定义 MyThread 类，实现 Callable 接口
class MyThread implements Callable<Integer> {

    // 7. 实现 call() 方法，定义任务逻辑
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        // 返回一个固定的值 1024
        return 1024;
    }

执行流程

  1. 创建 MyThread 实例（实现了 Callable）。
  2. 创建 FutureTask 实例，包装 MyThread。
  3. 创建 Thread 实例，传入 FutureTask。
  4. 启动线程，执行 FutureTask 的 run() 方法。
  5. FutureTask 内部调用 MyThread 的 call() 方法，获取返回值。
  6. 通过 FutureTask.get() 获取任务结果并打印。

代码改进建议

  1. 线程池：

    • 在实际开发中，建议使用线程池（如 ExecutorService）来管理线程，而不是直接创建 Thread 对象。

    • 例如：

      java

      复制

      ▼
      text
      复制代码
      ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<Integer> future = executor.submit(new MyThread());
Integer result = future.get();
executor.shutdown();

8. 常用的辅助类

1）CountDownLatch

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复制代码
public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 总数是6
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> Go Out");
                countDownLatch.countDown(); // 每个线程都数量 -1
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        countDownLatch.await(); // 等待计数器归零 然后向下执行
        System.out.println("close door");
    }
}

主要方法：

  • countDown 减一操作；
  • await 等待计数器归零

await 等待计数器归零，就唤醒，再继续向下执行

2）CyclickBarrier

image-20200811202603352

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复制代码
public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 主线程
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,() -> {
            System.out.println("召唤神龙");
        });

        for (int i = 1; i <= 7; i++) {
            // 子线程
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集了第" + finalI + "颗龙珠");
                try {
                    cyclicBarrier.await(); // 加法计数 等待
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

[!IMPORTANT]

  • 内部类可以访问外部类的成员变量，无需 final 修饰。
  • 内部类访问外部方法的局部变量时，局部变量必须是 final 或等效于 final 的。
  • Lambda 表达式本质上是一个匿名内部类，因此它也遵循相同的规则：捕获的局部变量必须是 final 或等效于 final 的。

内部类（包括匿名内部类）可以访问外部类的变量，但有一些限制。具体来说，内部类访问外部类的局部变量时，这些局部变量必须是 final 或 等效于 final 的（即不可变）。

3）Semaphore（信号量）

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复制代码
public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {

        // 线程数量，停车位，限流
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 0; i <= 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                // acquire() 得到
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到车位");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "离开车位");
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    semaphore.release(); // release() 释放
                }
            }).start();
        }
    }
}

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复制代码
Thread-1抢到车位
Thread-0抢到车位
Thread-2抢到车位
Thread-0离开车位
Thread-2离开车位
Thread-1离开车位
Thread-5抢到车位
Thread-3抢到车位
Thread-4抢到车位
Thread-5离开车位
Thread-3离开车位
Thread-6抢到车位
Thread-4离开车位
Thread-6离开车位

Process finished with exit code 0

原理：

semaphore.acquire()获得资源，如果资源已经使用完了，就等待资源释放后再进行使用！

semaphore.release()释放，会将当前的信号量释放+1，然后唤醒等待的线程！

作用： 多个共享资源互斥的使用！ 并发限流，控制最大的线程数！

9. 读写锁

读 - 读 不互斥

读 - 写 不互斥

写 - 写 互斥

如果我们不加锁的情况，多线程的读写会造成数据不可靠的问题。

我们也可以采用synchronized这种重量锁和轻量锁 lock去保证数据的可靠。

但是这次我们采用更细粒度的锁：ReadWriteLock 读写锁来保证

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复制代码
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCache2 myCache = new MyCache2();
        int num = 6;
        for (int i = 1; i <= num; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {

                myCache.write(String.valueOf(finalI), String.valueOf(finalI));

            },String.valueOf(i)).start();
        }

        for (int i = 1; i <= num; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {

                myCache.read(String.valueOf(finalI));

            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }

}
class MyCache2 {
    private volatile Map<String, String> map = new HashMap<>();
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void write(String key, String value) {
        lock.writeLock().lock(); // 写锁
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始写入");
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程写入ok");

        }finally {
            lock.writeLock().unlock(); // 释放写锁
        }
    }

    public void read(String key) {
        lock.readLock().lock(); // 读锁
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始读取");
            map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程写读取ok");
        }finally {
            lock.readLock().unlock(); // 释放读锁
        }
    }
}

10. 阻塞队列

image-20200812093115670

1）BlockQueue

是Collection的一个子类

什么情况下我们会使用阻塞队列

生产者-消费者模型 多线程并发处理、线程池、任务限流、线程间数据交换（SynchronousQueue）。

image-20200812093254651

BlockingQueue 有四组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addofferputoffer(timenum.timeUnit)
移出removepolltakepoll(timenum,timeUnit)
判断队首元素elementpeek--
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复制代码
/**
     * 抛出异常
     */
    public static void test1(){
        //需要初始化队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.add("a"));
        System.out.println(blockingQueue.add("b"));
        System.out.println(blockingQueue.add("c"));
        //抛出异常：java.lang.IllegalStateException: Queue full
//        System.out.println(blockingQueue.add("d"));
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        //如果多移除一个
        //这也会造成 java.util.NoSuchElementException 抛出异常
        System.out.println(blockingQueue.remove());
    }
=======================================================================================
/**
     * 不抛出异常，有返回值
     */
    public static void test2(){
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        //添加 一个不能添加的元素 使用offer只会返回false 不会抛出异常
        System.out.println(blockingQueue.offer("d"));

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        //弹出 如果没有元素 只会返回null 不会抛出异常
        System.out.println(blockingQueue.poll());
    }
=======================================================================================
/**
     * 等待 一直阻塞
     */
    public static void test3() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        //一直阻塞 不会返回
        blockingQueue.put("a");
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");

        //如果队列已经满了， 再进去一个元素  这种情况会一直等待这个队列 什么时候有了位置再进去，程序不会停止
//        blockingQueue.put("d");

        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        //如果我们再来一个  这种情况也会等待，程序会一直运行 阻塞
        System.out.println(blockingQueue.take());
    }
=======================================================================================
/**
     * 等待 超时阻塞
     *  这种情况也会等待队列有位置 或者有产品 但是会超时结束
     */
    public static void test4() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        blockingQueue.offer("a");
        blockingQueue.offer("b");
        blockingQueue.offer("c");
        System.out.println("开始等待");
        blockingQueue.offer("d",2, TimeUnit.SECONDS);  //超时时间2s 等待如果超过2s就结束等待
        System.out.println("结束等待");
        System.out.println("===========取值==================");
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println("开始等待");
        blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS); //超过两秒 我们就不要等待了
        System.out.println("结束等待");
    }

2）同步队列

同步队列 没有容量，也可以视为容量为1的队列；

进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放入一个元素；

put方法 和 take方法；

SynchronousQueue和 其他的BlockingQueue 不一样 它不存储元素；

put了一个元素，就必须从里面先take出来，否则不能再put进去值！

并且SynchronousQueue 的take是使用了lock锁保证线程安全的。

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复制代码
public class SynchronousQueue {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> synchronousQueue = new java.util.concurrent.SynchronousQueue<>();
        // 网queue中添加元素
        new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 01");
                synchronousQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 02");
                synchronousQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 03");
                synchronousQueue.put("3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        // 取出元素
        new Thread(()-> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "take" + synchronousQueue.take());
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "take" + synchronousQueue.take());
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "take" + synchronousQueue.take());
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

11. 线程池

线程池：三大方式、七大参数、四种拒绝策略

池化技术

程序的运行，本质：占用系统的资源！我们需要去优化资源的使用 ===> 池化技术

线程池、JDBC的连接池、内存池、对象池 等等。。。。

资源的创建、销毁十分消耗资源

池化技术：事先准备好一些资源，如果有人要用，就来我这里拿，用完之后还给我，以此来提高效率。

1）线程池的好处：

1、降低资源的消耗；

2、提高响应的速度；

3、方便管理；

==线程复用、可以控制最大并发数、管理线程；==

2）线程池：三大方法

  • ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//单个线程
  • ExecutorService threadPool2 = Executors.newFixedThreadPool(5); //创建一个固定的线程池的大小
  • ExecutorService threadPool3 = Executors.newCachedThreadPool(); //可伸缩的
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复制代码
//工具类 Executors 三大方法；
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//单个线程
        ExecutorService threadPool2 = Executors.newFixedThreadPool(5); //创建一个固定的线程池的大小
        ExecutorService threadPool3 = Executors.newCachedThreadPool(); //可伸缩的

        //线程池用完必须要关闭线程池
        try {

            for (int i = 1; i <=100 ; i++) {
                //通过线程池创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

3）七大参数

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复制代码
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  //核心线程池大小
                          int maximumPoolSize, //最大的线程池大小
                          long keepAliveTime,  //超时了没有人调用就会释放
                          TimeUnit unit, //超时单位
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue, //阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory, //线程工厂 创建线程的 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;
}

image-20250304103041010

阿里巴巴的Java操作手册中明确说明：对于Integer.MAX_VALUE初始值较大，所以一般情况我们要使用底层的ThreadPoolExecutor来创建线程池。

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复制代码
  public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
        );
        try {
            for (int i = 0; i <11; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println("当前线程为" + Thread.currentThread().getName());
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }

4）拒绝策略

  1. new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()： //该拒绝策略为：银行满了，还有人进来，不处理这个人的，并抛出异常

超出最大承载，就会抛出异常：队列容量大小+maxPoolSize

  1. new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()： //该拒绝策略为：哪来的去哪里 main线程进行处理

  2. **new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy(): **//该拒绝策略为：队列满了,丢掉异常，不会抛出异常。

  3. new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()： //该拒绝策略为：队列满了，尝试去和最早的进程竞争，不会抛出异常

5）如何设置线程池的最大线程数

1、CPU密集型：电脑的核数是几核就选择几；选择maximunPoolSize的大小

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// 获取cpu 的核数
        int max = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        ExecutorService service =new ThreadPoolExecutor(
                2,
                max,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
        );

2、I/O密集型：

在程序中有15个大型任务，io十分占用资源；I/O密集型就是判断我们程序中十分耗I/O的线程数量，大约是最大I/O数的一倍到两倍之间。

下面是黑马的

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12. 四大函数式接口

新时代的程序员：lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算

函数式接口：只有一个方法的接口

image-20200812143426348

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1）Function 函数型接口

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复制代码
public class FunctionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Function<String, String> function = (str) -> {return str;};
        System.out.println(function.apply("aaaaaaaaaa"));
    }
}

2）Predicate 断定型接口

image-20200812144545558

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public class PredicateDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Predicate<String> predicate = (str) -> {return str.isEmpty();};
        // false
        System.out.println(predicate.test("aaa"));
        // true
        System.out.println(predicate.test(""));
    }
}

3）Suppier 供给型接口

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复制代码
/**
 * 供给型接口，只返回，不输入
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Supplier<String> supplier = ()->{return "1024";};
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

4）Consummer 消费型接口

image-20200812144803229

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复制代码
/**
 * 消费型接口 没有返回值！只有输入！
 */
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Consumer<String> consumer = (str)->{
            System.out.println(str);
        };
        consumer.accept("abc");
    }
}

13. Stream 流式计算

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/**
 * Description：
 * 题目要求： 用一行代码实现
 * 1. Id 必须是偶数
 * 2.年龄必须大于23
 * 3. 用户名转为大写
 * 4. 用户名倒序
 * 5. 只能输出一个用户
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/12 14:55
 **/

public class StreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1, "a", 23);
        User u2 = new User(2, "b", 23);
        User u3 = new User(3, "c", 23);
        User u4 = new User(6, "d", 24);
        User u5 = new User(4, "e", 25);

        List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);
        // lambda、链式编程、函数式接口、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((user1, user2) -> {return user2.compareTo(user1);})
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

14. ForkJoin

ForkJoin 在JDK1.7，并行执行任务！提高效率~。在大数据量速率会更快！

大数据中：MapReduce 核心思想->把大任务拆分为小任务！

image-20200812163638389

1）ForkJoin 特点： 工作窃取！

实现原理是：双端队列！从上面和下面都可以去拿到任务进行执行！

image-20200812163701588

2）如何使用ForkJoin?

  • 1、通过ForkJoinPool来执行

  • 2、计算任务 execute(ForkJoinTask<?> task)

  • 3、计算类要去继承ForkJoinTask；

  • ForkJoinPool：用于执行 ForkJoinTask 的线程池。 ForkJoinPool 默认使用所有可用的 CPU 核心。

  • RecursiveTask<V>：用于有返回值的任务。

  • RecursiveAction：用于无返回值的任务。

    ForkJoin 的计算类

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复制代码
package com.marchsoft.forkjoin;

import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * Description：
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/13 8:33
 **/

public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {
    private long star;
    private long end;
    /** 临界值 */
    private long temp = 1000000L;

    public ForkJoinDemo(long star, long end) {
        this.star = star;
        this.end = end;
    }

    /**
     * 计算方法
     * @return
     */
    @Override
    protected Long compute() {
        if ((end - star) < temp) {
            Long sum = 0L;
            for (Long i = star; i < end; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        }else {
            // 使用ForkJoin 分而治之 计算
            //1 . 计算平均值
            long middle = (star + end) / 2;
            ForkJoinDemo forkJoinDemo1 = new ForkJoinDemo(star, middle);
            // 拆分任务，把线程压入线程队列
            forkJoinDemo1.fork();   //使用 fork() 提交子任务。
            ForkJoinDemo forkJoinDemo2 = new ForkJoinDemo(middle, end);
            forkJoinDemo2.fork();

            long taskSum = forkJoinDemo1.join() + forkJoinDemo2.join();  //使用 join() 获取子任务的结果。
            return taskSum;
        }
    }
}

测试类

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复制代码
package com.marchsoft.forkjoin;

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

/**
 * Description：
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/13 8:43
 **/

public class ForkJoinTest {
    private static final long SUM = 20_0000_0000;

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        test1();
        test2();
        test3();
    }

    /**
     * 使用普通方法
     */
    public static void test1() {
        long star = System.currentTimeMillis();
        long sum = 0L;
        for (long i = 1; i < SUM ; i++) {
            sum += i;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(sum);
        System.out.println("时间：" + (end - star));
        System.out.println("----------------------");
    }
    /**
     * 使用ForkJoin 方法
     */
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long star = System.currentTimeMillis();

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(0L, SUM);
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);
        Long along = submit.get();

        System.out.println(along);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("时间：" + (end - star));
        System.out.println("-----------");
    }
    /**
     * 使用 Stream 流计算
     */
    public static void test3() {
        long star = System.currentTimeMillis();

        long sum = LongStream.range(0L, 20_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
        System.out.println(sum);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("时间：" + (end - star));
        System.out.println("-----------");
    }
}

.parallel().reduce(0, Long::sum)使用一个并行流去计算整个计算，提高效率。

  1. LongStream.range(0L, 20_0000_0000L)：
    • 创建一个从 0 到 20_0000_0000L（不包括 20_0000_0000L）的 LongStream。
    • 这个范围包含 20 亿个整数。
  2. .parallel()：
    • 将流转换为并行流。
    • 并行流会将任务拆分为多个子任务，利用多核 CPU 并行执行。
  3. .reduce(0, Long::sum)：
    • 对流中的元素进行归约操作。
    • 0 是初始值。
    • Long::sum 是一个方法引用，表示对两个 long 值求和。
    • 最终将所有元素的值累加，返回总和。

15. 异步回调

Future 设计的初衷：对将来的某个事件结果进行建模！

Future 是Java 5引入的一个接口，用于表示异步计算的结果。它提供了一些基本的方法来检查计算是否完成、获取计算结果以及取消任务。

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ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<Integer> future = executor.submit(() -> {
    Thread.sleep(1000);
    return 42;
});

System.out.println("Task is submitted");
Integer result = future.get();  // 阻塞直到任务完成
System.out.println("Result: " + result);
executor.shutdown();

缺点：

  • Future 缺乏对任务完成后的回调支持，获取结果时必须阻塞等待。
  • 不支持任务之间的链式调用或组合。

CompletableFuture 是Java 8引入的一个类，实现了 Future 接口，并提供了更强大的功能。它支持任务完成后的回调、任务之间的链式调用、任务组合以及异常处理。

主要特点：

  • 异步回调：可以通过 thenApply, thenAccept, thenRun 等方法在任务完成后执行回调。
  • 任务组合：可以通过 thenCombine, thenCompose, allOf, anyOf 等方法组合多个任务。
  • 异常处理：可以通过 exceptionally, handle 等方法处理任务执行过程中的异常。
  • 手动完成：可以通过 complete, completeExceptionally 方法手动完成任务。

总结

  • Future：适用于简单的异步任务，功能较为基础，缺乏对任务完成后的回调支持。
  • CompletableFuture：功能强大，适用于复杂的异步编程场景，支持任务组合、链式调用和异常处理。
（1）没有返回值的runAsync异步回调
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public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException 
{
        // 发起 一个 请求

        System.out.println(System.currentTimeMillis());
        System.out.println("---------------------");
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(()->{
            //发起一个异步任务
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....");
        });
        System.out.println(System.currentTimeMillis());
        System.out.println("------------------------------");
        //输出执行结果
        System.out.println(future.get());  //获取执行结果
 }
（2）有返回值的异步回调supplyAsync
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复制代码
//有返回值的异步回调
CompletableFuture<Integer> completableFuture=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        int i=1/0;
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return 1024;
});
System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
    //success 回调
    System.out.println("t=>" + t); //正常的返回结果
    System.out.println("u=>" + u); //抛出异常的 错误信息
}).exceptionally((e) -> {
    //error回调
    System.out.println(e.getMessage());
    return 404;
}).get());

whenComplete: 有两个参数，一个是t 一个是u

T：是代表的 正常返回的结果；

U：是代表的 抛出异常的错误信息；

如果发生了异常，get可以获取到exceptionally返回的值；

16. JMM

1）对Volatile 的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供 轻量级的同步机制，用于保证变量的可见性和有序性。

1、保证可见性 2、不保证原子性 3、禁止指令重排

如何实现可见性

volatile 的可见性是通过 内存屏障（Memory Barrier） 实现的。内存屏障是一种 CPU 指令，用于控制指令的执行顺序和内存的可见性。

（1）写操作的内存屏障

当一个线程写一个 volatile 变量时：

  • JVM 会在写操作之后插入一个 写屏障（Store Barrier）。
  • 写屏障确保：
    • 将该线程工作内存中的变量值刷新到主内存。
    • 禁止将写操作之前的指令重排序到写操作之后。

（2）读操作的内存屏障

当一个线程读一个 volatile 变量时：

  • JVM 会在读操作之前插入一个 读屏障（Load Barrier）。
  • 读屏障确保：
    • 从主内存中读取最新的变量值，而不是从线程的工作内存中读取。
    • 禁止将读操作之后的指令重排序到读操作之前。

多处理器总线嗅探：

为了提高处理速度，处理器不直接和内存进行通信，而是先将系统内存的数据读到内部缓存后再进行操作，但操作不知道何时会写到内存。 总线嗅探（Bus Snooping） 是多处理器系统中用于维护缓存一致性（Cache Coherence）的一种机制。在多处理器系统中，每个处理器都有自己的缓存（Cache），这可能导致多个缓存中存储同一主内存地址的不同副本。总线嗅探通过监听总线上的内存操作，确保所有处理器的缓存数据保持一致。

总线嗅探的实现方式

总线嗅探通常与缓存一致性协议（Cache Coherence Protocol）结合使用。常见的缓存一致性协议包括：

（1）写失效（Write Invalidate）

  • 当一个处理器修改了缓存中的数据时，它会广播一个“失效”消息到总线上。
  • 其他处理器监听到这个消息后，会将对应缓存行的数据标记为无效。
  • 后续读取该数据时，处理器必须从主内存或其他缓存中获取最新值。

（2）写更新（Write Update）

  • 当一个处理器修改了缓存中的数据时，它会广播新数据到总线上。
  • 其他处理器监听到这个消息后，会更新自己缓存中的对应数据。

总线嗅探与 Java 内存模型（JMM）

Java 内存模型（JMM）定义了多线程环境下的内存可见性和有序性规则。总线嗅探机制与 JMM 的可见性规则密切相关：

  • volatile 关键字：volatile 变量的写操作会触发总线嗅探机制，确保修改后的值立即刷新到主内存，并且其他处理器的缓存失效。
  • synchronized 关键字：锁的释放和获取也会触发总线嗅探机制，确保线程之间的可见性。

2）什么是JMM？

Java内存模型（Java Memory Model，JMM）是Java虚拟机（JVM）规范中定义的一种抽象模型，用于描述多线程环境下，线程如何与内存交互以及如何保证线程之间的可见性、有序性和原子性。

关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存；

2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中；

3、加锁和解锁是同一把锁；

线程中分为 工作内存、主内存

8种操作:

  • Read（读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用；

  • load（载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中；

  • Use（使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令；

  • assign（赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中；

  • store（存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用；

  • write（写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中；

  • 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；

image-20200812215247240

image-20200812215606080

JMM对这8种操作给了相应的规定：

  • 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。就是对变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作

  • 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁

  • 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值

  • 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量

  • 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

img

遇到问题：程序不知道主存中的值已经被修改过了！；

17. volatile

1）保证可见性

▼
java
复制代码
public class JMMDemo01 {

    // 如果不加volatile 程序会死循环
    // 加了volatile是可以保证可见性的
    private volatile static Integer number = 0;

    public static void main(String[] args) { 
        //main线程
        //子线程1
        new Thread(()->{
            while (number==0){
            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //子线程2
        new Thread(()->{
            while (number==0){
            }

        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        number=1;
        System.out.println(number);
    }
}

2）不保证原子性

原子性：不可分割；

线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割的，要么同时成功，要么同时失败。

▼
java
复制代码
/**
 * 不保证原子性
 * number <=2w
 * 
 */
public class VDemo02 {

    private static volatile int number = 0;

    public static void add(){
        number++; 
        //++ 不是一个原子性操作，是两个~3个操作
        //
    }

    public static void main(String[] args) {
        //理论上number  === 20000

        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 1; j <= 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){
            //main  gc
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",num="+number);
    }
}

如果不加lock和synchronized ，怎么样保证原子性？

image-20200812215844788

使用原子类

image-20200812215909271

▼
java
复制代码
public class VDemo02 {

    private static volatile AtomicInteger number = new AtomicInteger();

    public static void add(){
//        number++;
        number.incrementAndGet();  //底层是CAS保证的原子性
    }

    public static void main(String[] args) {
        //理论上number  === 20000

        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 1; j <= 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){
            //main  gc
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",num="+number);
    }
}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩！是在内存中修改值。

Unsafe类是一个很特殊的存在；

3）禁止指令重排

什么是指令重排？

我们写的程序，计算机并不是按照我们自己写的那样去执行的

源代码–>编译器优化重排–>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，会考虑数据之间的依赖性！

▼
java
复制代码
int x=1; //1
int y=2; //2
x=x+5;   //3
y=x*x;   //4

//我们期望的执行顺序是 1_2_3_4  可能执行的顺序会变成2134 1324
//可不可能是 4123？ 不可能的
1234567

volatile可以避免指令重排：

volatile中会加一道内存的屏障，这个内存屏障可以保证在这个屏障中的指令顺序。

内存屏障：CPU指令。作用：

1、保证特定的操作的执行顺序；

2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性，就可以保证volatile实现的可见性）

image-20200812220019582

4）总结

  • volatile可以保证可见性；
  • 不能保证原子性
  • 由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生

面试官：那么你知道在哪里用这个内存屏障用得最多呢？单例模式

这里双重检测加锁是保证了操作原子性，只有一个线程能创建一个实例，其他线程无法创建第二个

volatile关键字是为了防止因为指令重排导致的多线程问题，有可能线程A创建一个实例，

虚拟机只执行了分配空间，对象地址引用这两步，这是线程B过来发现对象已经被创建了，但是获取到的对象是还没有被初始化的

18. 玩转单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。它常用于管理共享资源，如数据库连接、线程池等。

关键点

  1. 私有构造函数：防止外部直接实例化。
  2. 静态实例变量：保存类的唯一实例。
  3. 静态获取方法：提供全局访问点。

1）饿汉式

▼
java
复制代码
/**
 * 饿汉式单例
 */
public class Hungry {

    /**
     * 可能会浪费空间
     */
    private byte[] data1=new byte[1024*1024];
    private byte[] data2=new byte[1024*1024];
    private byte[] data3=new byte[1024*1024];
    private byte[] data4=new byte[1024*1024];



    private Hungry(){

    }
    private final static Hungry hungry = new Hungry();

    public static Hungry getInstance(){
        return hungry;
    }

}

2）DCL懒汉式

▼
java
复制代码
//懒汉式单例模式
public class LazyMan {

    private static boolean key = false;

    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if (key==false){  //防止多个对象都是通过构造器创建的，LazyMan lazyMan还是等于null ，所以设置个key变量，来保证创建一个对象后 key=true，来进行判断
                key=true;
            }
            else{
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
    }
    private volatile static LazyMan lazyMan;

    //双重检测锁模式 简称DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        //需要加锁 如果lazyMan！=null 则后续线程无需获取锁浪费时间了
        if(lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(lazyMan==null){
                    lazyMan=new LazyMan();
                    /**
                     * 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
                     *
                     *  就有可能出现指令重排问题
                     *  比如执行的顺序是1 3 2 等  执行1和 3后，别的线程认为lazyMan！=null，但其实lazyMan还没有初始化，为 null，只是分配了空间。
                     *  我们就可以添加volatile保证指令重排问题
                     */
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
    
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
        //Java中有反射
//        LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
        Field key = LazyMan.class.getDeclaredField("key");
        key.setAccessible(true);
        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true); //无视了私有的构造器
        LazyMan lazyMan1 = declaredConstructor.newInstance();  //通过构造器创建对象
        key.set(lazyMan1,false);
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(lazyMan1);
        System.out.println(instance == lazyMan1);
    }
}

3）静态内部类

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java
复制代码
public class Singleton {
    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        // 在静态内部类中创建外部类的实例
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

静态内部类的特性

静态内部类是外部类的静态成员，只有在被引用时才会加载。这意味着：

  • 延迟加载：静态内部类不会在外部类加载时立即加载，而是在调用 getInstance() 时才会加载。
  • 线程安全：类的加载过程是线程安全的，由 JVM 保证。

JVM 在加载类时，会确保类的初始化是线程安全的。静态内部类的静态变量 INSTANCE 在类加载时被初始化，且只会初始化一次。

如何保证单例

  • 延迟加载：SingletonHolder 类只有在调用 getInstance() 时才会被加载，此时才会创建 INSTANCE。
  • 线程安全：JVM 保证类的加载过程是线程安全的，因此 INSTANCE 的初始化也是线程安全的。
  • 唯一性：静态变量 INSTANCE 是 final 的，确保它只会被赋值一次，且不可修改。

静态内部类通过 JVM 的类加载机制和静态变量的特性，确保了单例的唯一性和线程安全性。这是实现单例模式的推荐方式之一，既简单又高效。

4）枚举

▼
java
复制代码
//enum 是什么？ enum本身就是一个Class 类
public enum EnumSingle {
    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

class Test{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        //java.lang.NoSuchMethodException: com.ogj.single.EnumSingle.<init>()

        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

使用枚举，线程安全，防止反射攻击

image-20200812220204965

枚举类型的最终反编译源码：

public final class EnumSingle extends Enum {

▼
java
复制代码
public static EnumSingle[] values()
{
    return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
}

public static EnumSingle valueOf(String name)
{
    return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/ogj/single/EnumSingle, name);
}

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

public EnumSingle getInstance()
{
    return INSTANCE;
}

public static final EnumSingle INSTANCE;
private static final EnumSingle $VALUES[];

static 
{
    INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
    $VALUES = (new EnumSingle[] {
        INSTANCE
    });
}
}

19. 深入理解CAS

1）什么是CAS？

CAS（Compare-And-Swap，比较并交换）是 Java 中实现并发操作的一种无锁机制。它是一种原子操作，广泛用于多线程编程中，用于实现线程安全的无锁算法。Java 中的 java.util.concurrent 包中的许多类（如 AtomicInteger、AtomicLong 等）都是基于 CAS 实现的。

CAS 的核心思想

CAS 操作包含三个操作数：

  • 内存地址（V）：需要更新的变量。
  • 期望值（E）：当前线程认为变量应该具有的值。
  • 新值（N）：要更新的值。

CAS 的操作逻辑是：

  1. 比较内存地址 V 中的值是否等于期望值 E。
  2. 如果相等，则将内存地址 V 的值更新为新值 N。
  3. 如果不相等，则说明其他线程已经修改了值，操作失败。

CAS 是一个原子操作，由底层硬件（如 CPU）提供支持。

在 Java 中，CAS 操作是通过 sun.misc.Unsafe 类提供的本地方法实现的，例如：

▼
java
复制代码
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x);

CAS 的底层实现原理

比较当前工作内存中的值 和 主内存中的值，如果这个值是期望的，那么则执行操作！如果不是就一直循环，使用的是自旋锁。

CAS 的底层依赖于 CPU 的原子指令。以下是一个简化的流程：

  1. 读取内存值：从内存中读取当前值。
  2. 比较值：将读取的值与期望值进行比较。
  3. 更新值：如果值相等，则更新为新值；否则，操作失败。
  4. 重试：如果操作失败，则重新尝试（自旋）。

CAS 的缺点

  • ABA 问题：
    • 问题描述：如果一个变量的值从 A 变为 B，又变回 A，CAS 操作会认为值没有变化，但实际上已经被修改过。
    • 解决方案：使用版本号或时间戳（如 AtomicStampedReference）。
  • 自旋开销：
    • 在高竞争情况下，CAS 操作可能会失败多次，导致 CPU 空转。
  • 只能保证一个变量的原子性：
    • CAS 只能操作一个变量，无法保证多个变量的原子性。

Unsafe 类

image-20200812220347822

image-20200812220411463

2）什么是ABA问题？

image-20200812220441615

线程1：期望值是1，要变成2；

线程2：两个操作：

  • 1、期望值是1，变成3
  • 2、期望是3，变成1

所以对于线程1来说，A的值还是1，所以就出现了问题，骗过了线程1；

▼
java
复制代码
public class casDemo {
    //CAS : compareAndSet 比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

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

        //boolean compareAndSet(int expect, int update)
        //期望值、更新值
        //如果实际值 和 我的期望值相同，那么就更新
        //如果实际值 和 我的期望值不同，那么就不更新
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());

        //因为期望值是2020  实际值却变成了2021  所以会修改失败
        //CAS 是CPU的并发原语
//        atomicInteger.getAndIncrement(); //++操作
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

20. 原子引用

解决ABA问题，对应的思想：就是使用了乐观锁~

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。

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AtomicStampedReference带版本号的原子操作

▼
java
复制代码
package com.marchsoft.lockdemo;

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

/**
 * Description：
 *
 * @author jiaoqianjin
 * Date: 2020/8/12 22:07
 **/

public class CASDemo {
    /**AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题
     * 正常在业务操作，这里面比较的都是一个个对象
     */
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new
            AtomicStampedReference<>(1, 1);

    // CAS compareAndSet : 比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        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();
            }
            // 修改操作时，版本号更新 + 1
            atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1);
            
            System.out.println("a2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
            // 重新把值改回去， 版本号更新 + 1
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>" + atomicStampedReference.getStamp());
        }, "a").start();
        
        // 乐观锁的原理相同！
        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
            System.out.println("b1=>" + stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 3,
                    stamp, stamp + 1));
            System.out.println("b2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
        }, "b").start();
    }
}

输出：
a1=>1
b1=>1
a2=>2
true
a3=>3
false
b2=>3

21. 各种锁的理解

1）公平锁，非公平锁

  1. 公平锁：非常公平，不能插队，必须先来后到
  2. 非公平锁：非常不公平，允许插队，可以改变顺序

2）可重入锁

可重入锁是指一个线程在持有锁的情况下，可以再次获取该锁而不会被阻塞。这种特性避免了线程因重复获取锁而导致的死锁问题。

image-20200812213957137

ReentrantLock 的核心特性

（1）可重入性

  • 同一个线程可以多次获取同一把锁。
  • 每次获取锁后，必须释放相同次数的锁。

ReentrantLock 与 synchronized 的对比

特性ReentrantLocksynchronized
可重入性支持支持
公平性支持公平锁和非公平锁非公平锁
可中断性支持不支持
超时机制支持不支持
条件变量支持多个条件变量不支持
锁的实现基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）JVM 内置实现
性能高竞争下性能更好低竞争下性能更好
  1. Synchonized 锁
▼
java
复制代码
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }

}

class Phone{
    public synchronized void sms(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> sms");
        call();//这里也有一把锁
    }
    public synchronized void call(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> call");
    }
}
  1. Lock 锁
▼
java
复制代码
//lock
public class Demo02 {

    public static void main(String[] args) {
        Phone2 phone = new Phone2();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }

}
class Phone2{

    Lock lock=new ReentrantLock();

    public void sms(){
        lock.lock(); //细节：这个是两把锁，两个钥匙
        //lock锁必须配对，否则就会死锁在里面
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> sms");
            call();//这里也有一把锁
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void call(){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=> call");
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
  • lock锁必须配对，相当于lock和 unlock 必须数量相同；
  • 在外面加的锁，也可以在里面解锁；在里面加的锁，在外面也可以解锁；

3）自旋锁

  1. spinlock
▼
java
复制代码
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
    int var5;
    do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
    } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
    return var5;
}
  1. 自我设计自旋锁
▼
java
复制代码
public class SpinlockDemo {

    // 默认
    // int 0
    //thread null
    AtomicReference<Thread> atomicReference=new AtomicReference<>();

    //加锁
    public void myLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName()+"===> mylock");

        //自旋锁
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ==> 自旋中~");
        }
    }


    //解锁
    public void myUnlock(){
        Thread thread=Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName()+"===> myUnlock");
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
    }

}

▼
java
复制代码
public class TestSpinLock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
        reentrantLock.lock();
        reentrantLock.unlock();


        //使用CAS实现自旋锁
        SpinlockDemo spinlockDemo=new SpinlockDemo();
        new Thread(()->{
            spinlockDemo.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                spinlockDemo.myUnlock();
            }
        },"t1").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);


        new Thread(()->{
            spinlockDemo.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                spinlockDemo.myUnlock();
            }
        },"t2").start();
    }
}

运行结果：

t2进程必须等待t1进程Unlock后，才能Unlock，在这之前进行自旋等待。。。。

4）死锁

如何解开死锁

1、使用jps定位进程号，jdk的bin目录下： 有一个jps

命令：jps -l

image-20250305123309360

2、使用jstack 进程进程号 找到死锁信息

image-20200812214920583

Java
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