JavaSE进阶知识学习----多线程JUC高级知识-2

2019年3月10日 215次阅读 来源: JUC

1.Java JUC简介

在java5.0之后提供了一个java.util.concurrent包（简称JUC），此包中增加了很多在并发编程中常用的工具类，用于定义类似于线程的自定义系统，包括线程池，异步IO等等。

2.volatile关键字-内存可见性

内存可见性问题：当多个线程同时操作共享数据时，彼此不可见。图解如下：
《JavaSE进阶知识学习----多线程JUC高级知识-2》
当主存有一个flag数据时，线程1负责修改flag的值，Main线程负责读取flag的值，线程1修改值之前，先将flag= false取到自己手中，然后再修改其值，当线程1还没将修改好的值放进主存中，Main线程已经从主存读到了flag= false，然后main线程就执行自己的逻辑，这就是内存可见性的问题，就是说Main线程不知道其他线程执行结束没有。
代码说明如下：

public class TerstVolatile {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo td = new ThreadDemo();
        new Thread(td).start();
        while (true) {
            if(td.isFlag()){
                System.out.println("-------------------");
                break;
            }

        }
    }

}
class ThreadDemo implements Runnable{
    private boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        flag = true;
        System.out.println("flaf="+isFlag());

    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

解决办法之一：使用synchronize关键字加锁

public class TerstVolatile {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo td = new ThreadDemo();
        new Thread(td).start();
        while (true) {
            synchronized(td){
                if(td.isFlag()){
                    System.out.println("-------------------");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

但是加锁会导致效率变低，解决办法之二使用volatile关键字，如下图：
《JavaSE进阶知识学习----多线程JUC高级知识-2》
使用了volatile关键字就是线程直接操作主存中的数据。在保证数据的同步性，效率也得以提升。volatile相较于synchronize是一种较为轻量的同步策略。

private volatile boolean flag = false;

注意：
1. volatile不具备互斥性，互斥性就是说如果多个线程共同抢一把锁的时候，如果其中一个线程抢到锁，那么其他线程就只能等待，volatile就是多个线程共同在主存中完成。
2. volatile不能变量的原子性，

有关原子性的问题，我们看一个i++的实例

public class TestAtomicDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicDemo ad = new AtomicDemo();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ad).start();
        }
    }
}
class AtomicDemo implements Runnable{
    private int serialNumber = 0;
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+getSerialNumber());
    }
    public int getSerialNumber(){
        return serialNumber++;
    }

}

结果为：

Thread-1:0
Thread-0:1
Thread-8:2
Thread-9:5
Thread-6:7
Thread-5:3
Thread-3:3
Thread-2:4
Thread-4:8
Thread-7:6

说明：
1. i++在程序底层其实是三步走，读-改-写，本来是不可分割的操作，但是在多个线程访问时，一个线程还没写成功，另外一个线程也开始写了，这也就是线程安全问题。
2. 使用volatile也不能解决这个问题，因为volatile是让多个线程在内存中共同操作共享数据，i++的操作也会被分割成三步。
3. 解决办法就是使用原子变量。

3.原子变量-CAS算法

jdk1.5之后java.concurrent.atomic包下提供了常用的原子变量，原子变量使用volatile保证内存可见性，使用CAS算法保证数据的原子性。CAS算法是硬件对于并发操作共享数据的支持，CAS包含了三个操作数，分别为：内存值V,预估值A,更新值B,当且仅当V==A,V=B,否则，不做任何操作。

java.concurrent.atomic包下的类结构

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AtomicInteger类的方法如下，其他类的参考API

1. int addAndGet(int delta) ;以原子方式将给定值与当前值相加。
2. boolean compareAndSet(int expect, int update) ;如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该值设置为给定的更新值。
3. int decrementAndGet() ;以原子方式将当前值减 1。
4. double doubleValue() ; 以 double 形式返回指定的数值。
5. float floatValue() ;以 float 形式返回指定的数值。
6. int get() ;获取当前值。
7. int getAndAdd(int delta) ;以原子方式将给定值与当前值相加。
8. int getAndDecrement() ;以原子方式将当前值减 1。
9. int getAndIncrement() ;以原子方式将当前值加 1。
10. int getAndSet(int newValue) ; 以原子方式设置为给定值，并返回旧值。
11. int incrementAndGet(); 以原子方式将当前值加 1。
12. int intValue() ;以 int 形式返回指定的数值。
13. void lazySet(int newValue) ;最后设置为给定值。
14. long longValue() ;以 long 形式返回指定的数值。
15. void set(int newValue) ;设置为给定值。
16. String toString() ;返回当前值的字符串表示形式。
17. boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) ;如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该设置为给定的更新值。

使用原子变量改写上述程序如下：

class AtomicDemo implements Runnable{
    private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger();
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+getSerialNumber());
    }
    public int getSerialNumber(){
        return serialNumber.getAndIncrement();
    }
}

4.ConcurrentHashMap锁分段机制

ConcurrentHashMap同步容器类是java5增加的一个线程安全的哈希表，对于多线程的操作，介于HashMap和HashTable之间，内部采用锁分段的机制替代HashTable的独占锁，进而提高了性能。包结构如下：
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当期望许多线程访问一个给定Collection时，ConcurrentHashMap通常优于HashMap，当期望的读数和遍历远远大于列表的更新读数时CopyOnWriteArrayList优于ArrayList。
ConcurrentHashMap锁分段机制图解如下：
《JavaSE进阶知识学习----多线程JUC高级知识-2》
CopyOnWriteArrayList实例如下：如果我们不使用 CopyOnWriteArrayList，使用 Collections.synchronizedList运行下面程序就会报并发修改异常。

public class TestCopyOnWriteArrayList {
    public static void main(String[] args) {
        HelloThread ht = new HelloThread();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ht).start();
        }
    }
}
class HelloThread implements Runnable{
    private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
    static{
        list.add("AA");
        list.add("BB");
        list.add("CC");
    }
    @Override
    public void run() {
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            list.add("DD");
        }
    }
}

异常如下：

java.util.ConcurrentModificationException

使用 CopyOnWriteArrayList修改代码如下所示：

private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();

说明：CopyOnWriteArrayList：写入并复制，就是每次写入的时候都会复制，如果添加操作多时，效率低，每次都会进行复制，开销很大，并发迭代操作多时可以选择。

5.CountDownLatch闭锁

CountDownlatch闭锁，就是在完成某些运算时，只有其他所有线程的运算全部完成，当前运算才继续执行。
实例如下：如果不使用CountDownlatch闭锁就无法计算出执行10子线程所需要的时间

public class TestCountDownlatch {
    public static void main(String[] args) {
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
        LatchDemo ld = new LatchDemo(latch);
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ld).start();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费时间为："+(end-start));
    }

}
class LatchDemo implements Runnable{
    private CountDownLatch latch;
    public LatchDemo(CountDownLatch latch) {
        this.latch = latch;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50000; i++) {
            if(i % 2 ==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

使用CountDownlatch闭锁的实例如下，可以计算出所有子线程执行需要的时间。

public class TestCountDownlatch {
    public static void main(String[] args) {
        //5 和子线程数目一致
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
        LatchDemo ld = new LatchDemo(latch);
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(ld).start();
        }
        //等待所有的子线程全部执行完
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费时间为："+(end-start));
    }

}
class LatchDemo implements Runnable{
    private CountDownLatch latch;
    public LatchDemo(CountDownLatch latch) {
        this.latch = latch;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized(this){
            try {
                for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                    if(i % 2 ==0){
                        System.out.println(i);
                    }
                }
            }finally{
                latch.countDown();// 减一操作
            }
        }

    }
}

6.实现Callable接口

创建执行线程的方式：四种方式

  1. 定义Thread子类，并重写run方法，创建Thread子类实例，也就是线程对象，再调用线程对象的start方法。 new Thread子类对象.start();
  2. A类实现Runnable接口，重写run方法，创建Runnable实现类的实例A a = new A(); new Thread(a).start();

  3. 实现Callable接口，方式如下：

    public class TestCallable {
    public static void main(String[] args) {
    CallableThreadDemo ctd = new CallableThreadDemo();
    //执行Callable方法，需要FutureTask实现类的支持，用于接收运算返回的结果
    //FuterTask是Future接口
    FutureTask result = new FutureTask(ctd);
    new Thread(result).start();
    //接收线程的返回值,当子线程执行结束result.get()才执行，和闭锁类似
    //所以FutureTask也可以用于闭锁
    try {
    Integer sum = result.get();
    System.out.println(sum);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    }
    }
    class CallableThreadDemo implements Callable{

    @Override
public Integer call() throws Exception {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println(i);
        sum +=i;
    }
    return sum;
}

    }
    说明：实现Callable接口和实现Runnable接口的不同在于实现Callable接口有返回值和异常抛出。

    原文作者：JUC
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_27922023/article/details/79168487
    本文转自网络文章，转载此文章仅为分享知识，如有侵权，请联系博主进行删除。
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