JUC高并发编程

JUC高并发编程

木子李 242 2021-10-19

JUC高并发编程

1、什么是JUC

java.util工具包、包、类

业务:普通的线程代码 Thread

Runnable 没有返回值、效率相比于 Callable 相对较低!

2、线程和进程

线程、进程,如果不能使用一句话说出来的技术,不扎实!

进程:一个运行在内存中的程序集合

一个进程往往可以包含多个线程,至少包含一个!

java默认有几个线程?2个 mian、GC(垃圾回收)

线程:开了一个进程Typora,写字,自动保存(线程负责)

对于java而言:Thread、Rnnable、Callable

java真的可以开启线程吗?

通过native调用本地方法,调用底层的C++开启,无法直接操作硬件

并发、并行

并发(多线程操作同一个资源)

  • CPU一核,模拟出来多条线程,快速交替

并行(多个人一起行走)

  • CPU多核,多个线程可以同时执行;线程池
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取cpu的核数
        // CPU 密集型、IO密集型
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    }
}

并发编程的本质:充分利用CPU的资源

所有的公司都很看重!

线程有几个状态

public enum State {
    // 创建
        NEW,
    // 运行
        RUNNABLE,
    // 阻塞
        BLOCKED,
    // 等待,死等
        WAITING,
    // 超时等待
        TIMED_WAITING,
    // 终止
        TERMINATED;
    }

wait/sleep 区别

1、来自不同的类
wait=>Object

sleep=>Thread

2、关于锁的释放

wait会释放锁,sleep不会释放

3、使用的范围不同

wait 必须在同步代码块中

sleep 可以在任何地方睡

4、是否需要捕获异常

wait不需要

sleep必须要捕获异常

3、Lock锁(重点)

传统synchronized

// 基本的卖票例子

/**
 * 真正的多线程开发,公司中的开发,降低耦合性
 * 线程就是一个单独的资源类,没有任何的附属的操作!
 * 1、属性、方法
 */
public class SaleTicketDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发:多线程操作同一个资源类,把资源类丢入线程
        Ticket ticket = new Ticket();

        // @FunctionalInterface 函数式接口
        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OOP,解耦
class Ticket {
    // 属性、方法
    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" + (number--) + "票,剩余:" + number);
        }
    }
}

Lock

公平锁:十分公平,可以先来后到

非公平锁:可以插队(默认)

package demo01;

// 基本的卖票例子

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

/**
 * 真正的多线程开发,公司中的开发,降低耦合性
 * 线程就是一个单独的资源类,没有任何的附属的操作!
 * 1、属性、方法
 */
public class SaleTicketDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发:多线程操作同一个资源类,把资源类丢入线程
        Ticket2 ticket = new Ticket2();

        // @FunctionalInterface 函数式接口, jdk1.8 lambda表达式 (参数)->{ 代码 }
        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

/**
 * new ReentrantLock
 * lock.lock()
 * finally => lock.unlock
 */
class Ticket2 {
    // 属性、方法
    private int number = 30;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    // 卖票的方式
    public void sale() {

        // 加锁
        lock.lock();

        try {
            if (number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--) + "票,剩余:" + number);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

synchronized 和 lock 区别

1、synchronized 内置的java关键字,lock是一个java类

2、synchronized 无法判断获取锁的状态,lock 可以判断是否获取到了锁

3、synchronized 会自动释放锁,lock 必须要手动释放锁,如果不释放锁,死锁

4、synchronized 线程1(获得锁,阻塞),线程2(等待,死等);lock 锁就不一定会等待下去;

5、synchronized 可重入锁,不可以中断,非公平;lock 可重入锁,可以判断锁,非公平(默认),可以自己设置;

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!

锁是什么?如何判断锁的是谁?

4、生产者和消费者问题

面试:单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁

synchronized版

package pc;

/**
 * 线程之间的通信问题,生产者和消费者问题  等待唤醒,通知唤醒
 * 线程交替执行 A  B 操作同一个变量 num = 0
 * A num+1
 * B num-1
 */
public class A {
    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 {
    // 数字 资源类
    private int number = 0;

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

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

问题存在,A、B、C、D 4个线程还安全么?

if改为while判断

package pc;

/**
 * 线程之间的通信问题,生产者和消费者问题  等待唤醒,通知唤醒
 * 线程交替执行 A  B 操作同一个变量 num = 0
 * A num+1
 * B num-1
 */
public class A {
    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();
        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 Data {
    // 数字 资源类
    private int number = 0;

    // +1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while (number != 0) {
            // 等待
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
        // 通知其他线程,我+1完毕
        this.notifyAll();
    }

    // -1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        while (number == 0) {
            // 等待
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
        // 通知其他线程,我-1完毕
        this.notifyAll();
    }
}

JUC版的生产者和消费者

代码实现

package pc;

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

/**
 * 线程之间的通信问题,生产者和消费者问题  等待唤醒,通知唤醒
 * 线程交替执行 A  B 操作同一个变量 num = 0
 * A num+1
 * B num-1
 */
public class B {
    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 {
    // 数字 资源类
    private int number = 0;

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

    // +1
    public void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number != 0) {
                // 等待
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            // 通知其他线程,我+1完毕
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // -1
    public void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number == 0) {
                // 等待
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            // 通知其他线程,我-1完毕
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

任何一个新的技术,绝对不是紧紧知识覆盖了原来的技术,优势和补充!

Condition 精准通知和唤醒线程

package pc;

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

/**
 * A 执行完调用 B
 * B 执行完调用 C
 * C 执行完调用 A
 */
public class C {
    public static void main(String[] args) {
        Data3 data = new Data3();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.printA();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.printB();
            }
        }, "B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.printC();
            }
        }, "C").start();
    }
}

class Data3 {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition1 = lock.newCondition();
    private final Condition condition2 = lock.newCondition();
    private final Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int number = 1;

    public void printA() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务,判断->执行->通知
            while (number != 1) {
                // 等待
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>>AAAAAA");
            // 唤醒指定的线程,B
            number = 2;
            condition2.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void printB() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务,判断->执行->通知
            while (number != 2) {
                // 等待
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>>BBBBBB");
            // 唤醒指定的线程,C
            number = 3;
            condition3.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void printC() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务,判断->执行->通知
            while (number != 3) {
                // 等待
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>>CCCCCC");
            // 唤醒指定的线程,C
            number = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

5、8锁现象

如何判断锁的是谁!永远的知道什么锁,锁的到底是谁!

对象、Class

深刻理解锁

package lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 8锁,关于锁的8个问题
 * 1、标准情况下,两个线程先打印 发短信?还是打电话?
 * 2、sendSms延迟4秒,两个线程先打印 发短信还是打电话?
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

        // 锁的存在
        new Thread(() -> {
            phone.sendSms();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            phone.call();
        }, "B").start();
    }

}

class Phone {
    // synchronized 锁的对象是方法的调用者
    // 两个方法用的是同一个锁,谁先拿到谁执行
    public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}


package lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 8锁,关于锁的8个问题
 * 3、增加了一个普通方法后,发短信还是hello?
 * 4、两个对象,两个同步方法,发短信还是打电话?
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象
        Phone2 phone = new Phone2();
        Phone2 phone2 = new Phone2();

        // 锁的存在
        new Thread(() -> {
            phone.sendSms();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            phone2.call();
        }, "B").start();
    }

}

class Phone2 {
    // synchronized 锁的对象是方法的调用者
    // 两个方法用的是同一个锁,谁先拿到谁执行
    public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

    // 没有锁,不是同步方法,不受影响
    public void hello() {
        System.out.println("hello");
    }
}


package lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 8锁,关于锁的8个问题
 * 5、增加两个静态的同步方法,只有一个对象,先打印发短信?打电话?
 * 6、两个对象!增加两个静态的同步方法,只有一个对象,先打印发短信?打电话?
 */
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象的Class类模板只有一个,static,锁的是Class
        Phone3 phone = new Phone3();
        Phone3 phone2 = new Phone3();

        // 锁的存在
        new Thread(() -> {
            phone.sendSms();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            phone2.call();
        }, "B").start();
    }

}
// Phone3唯一的一个 class对象
class Phone3 {
    // synchronized 锁的对象是方法的调用者
    // static 静态方法
    // 类一加载就有了!Class模板
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public static synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

}


package lock8;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 8锁,关于锁的8个问题
 * 7、一个静态的同步方法,一个普通静态同步方法,一个对象
 * 8、一个静态的同步方法,一个普通静态同步方法,两个对象
 */
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象的Class类模板只有一个,static,锁的是Class
        Phone4 phone = new Phone4();
        Phone4 phone2 = new Phone4();

        // 锁的存在
        new Thread(() -> {
            phone.sendSms();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            phone2.call();
        }, "B").start();
    }

}

// Phone3唯一的一个 class对象
class Phone4 {
    // 静态同步方法 锁的是class类模板
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    // 普通同步方法 锁的调用者
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }

}

小结

new this 具体的一个手机

static Class唯一的一个模板

6、集合类不安全

List不安全

package unsafe;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
 * java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常!
 */
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发下 ArrayList 不安全
        /**
         * 解决方案:
         * 1、List<String> list = new Vector<>();
         * 2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         * 3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
         */
        // 写入时复制    COW 计算机程序设计领域的一种优化策略
        // 多个线程调用的时候,list,读取的时候,是固定的,写入的时候(覆盖)
        // 在写入的时候避免覆盖,造成数据问题
        // 读写分离 MyCat
        // CopyOnWriteArrayList 比 Vector 厉害在哪里?
        // Vector使用的是synchronized,效率较低,CopyOnWriteArrayList使用的是lock锁

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

Set不安全

package unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

/**
 * 同理可证:java.util.ConcurrentModificationException
 */
public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        // Set<String> set = new HashSet<>();
        // Set<String> set = Collections.synchronizedSet(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?

public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

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

// 不变的值
private static final Object PRESENT = new Object();

Map不安全

package unsafe;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 同理可证:java.util.ConcurrentModificationException
 */
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // map 是这样用的么? 不是,工作中不用HashMap
        // 默认等价于什么? new HashMap<16,0.75>();
        // Map<String, String> map = new HashMap<>();
        
        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

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

7、Callable(简单)

1、可以有返回值

2、可以抛出异常

3、方法不同,run()、call()

代码测试

package callable;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // futureTask做适配器,
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread());
        new Thread(futureTask,"A").start();
        new Thread(futureTask,"B").start();
        // 打印返回结果,get方法可能会产生阻塞,获取返回值通常放在最后
        // 或者使用异步通信处理
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}
class MyThread implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("call()");
        return "ok";
    }
}

细节:

1、有缓存

2、结果可能需要等待,会阻塞

8、常用的辅助类(必会)

8.1、CountDownLatch

加法计数器

package add;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 总数是6,再必须要执行任务的时候,再使用
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

        for(int i = 0;i < 6;i ++){
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"Go out");
                // 数量-1
                countDownLatch.countDown();
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        // 等待计数器归零,再向下执行
        countDownLatch.await();

        System.out.println("Close door");
    }
}

原理:

==countDownLatch.countDown();==数量-1

==countDownLatch.await();==等待计数器归零,然后再向下执行

每次有线程调用countDown()数量-1,假设计数器变为0,countDownLatch.await()就会被唤醒,继续执行

8.2、CyclicBarrier

减法计数器

package add;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,()->{
            System.out.println("召唤神龙成功");
        });

        for(int i = 1;i <= 7;i ++){
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收集了"+temp+"个龙珠");
                // 等待
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

8.3、Semaphore

中间信号量

==semaphore.acquire();==获得,假设如果已经满了,等待,等待被释放为止

==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:多个共享资源互斥使用!并发限流,控制最大的线程数!

package add;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程数量:
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        for(int i = 1;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 (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // release() 释放
                    semaphore.release();
                }
            },String .valueOf(i)).start();
        }
    }
}

9、读写锁

ReadWriteLock

package readWriteLock;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 独占锁(写锁)  一次只能被一个线程占有
 * 共享锁(读锁)  多个线程可以同时占有
 * ReadWriteLock 读写锁
 * 读-读  可以共存
 * 读-写  不可共存
 * 写-写  不可共存
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //MyCache myCache = new MyCache();
        MyCacheLock myCache = new MyCacheLock();

        // 写入
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                myCache.put(String.valueOf(temp),String.valueOf(temp));
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        // 读取
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                myCache.get(String.valueOf(temp));
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

/**
 * 加锁自定义缓存
 */
class MyCacheLock {
    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    // 读写锁,更加细粒度的控制
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    // 存,写入的时候,只希望同时只有一个线程写
    public void put(String key,Object value){
        lock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }

    }

    // 取,读,所有人都可以读
    public void get(String key){
        lock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
            Object o = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }
}


/**
 * 自定义缓存
 */
class MyCache {
    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();

    // 存,写
    public void put(String key,Object value){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
        map.put(key, value);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");
    }

    // 取,读
    public void get(String key){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
        Object o = map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");
    }
}

10、阻塞队列

阻塞队列:

BlockingQueue不是新的东西

什么情况下会使用阻塞队列:多线程并发处理,线程池

学会使用队列

添加、移除

四组API

方式抛出异常不会抛异常,有返回值阻塞等待超时等待
添加add()offer()put()offer(E,T,G)
移除remove()poll()take()poll(T,G)
查看队首元素element()peek()--

1、抛出异常

2、不会抛出异常

3、阻塞等待

4、超时等待

package blockingQueue;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //test1();
        //test2();
        //test3();
        test4();
    }

    /**
     * 抛出异常
     */
    public static void test1(){
        // 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"));

        // IllegalStateException:队列已满
        //System.out.println(blockingQueue.add("c"));

        // 查看队首元素
        System.out.println(blockingQueue.element());

        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());

        // NoSuchElementException:空元素
        //System.out.println(blockingQueue.remove());
    }

    /**
     * 不抛异常
     */
    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"));

        // false 不抛异常
        //System.out.println(blockingQueue.offer("d"));
        // 查看队首元素
        System.out.println(blockingQueue.peek());

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());

        // null 无异常
        System.out.println(blockingQueue.poll());
    }

    /**
     * 等待,阻塞(死等)
     */
    public static void test3() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

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

        // 没有位置,死等
        //blockingQueue.put("d");

        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());

        // 没有元素,死等
        //System.out.println(blockingQueue.take());
    }

    /**
     * 等待,阻塞(等待超时)
     */
    public static void test4() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        blockingQueue.offer("a");
        blockingQueue.offer("b");
        blockingQueue.offer("c");

        blockingQueue.offer("d",2, TimeUnit.SECONDS);

        System.out.println("==================");

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());

        // null 无异常
        System.out.println(blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS));
    }
}

SynchronousQueue 同步队列

没有容量,

package blockingQueue;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 同步队列
 * 与其他的BlockingQueue 不一样, SynchronousQueue 不存储元素
 * put 了一个元素,必须从里面先take 取出,否则不能再 put 进去值
 */
public class SynchronousQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>();

        new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 1");
                blockingQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 2");
                blockingQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 3");
                blockingQueue.put("3");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "T1").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + blockingQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "T2").start();
    }
}

11、线程池(重点)

线程池:三大方法、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!优化资源的使用!=>池化技术

线程池、连接池、内存池、对象池。。。// 创建、销毁。十分浪费资源

池化技术:事先准备好一些资源,有人要用,就来池中取,用完归还

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

线程池:三大方法

package poll;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * Executors 工具类:3大方法
 * 通过创建线程池来调用线程
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 单个线程
        //ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        // 创建一个固定的线程池大小
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        // 可伸缩的,遇强则强,遇弱则弱
        //ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " OK");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完,程序结束,关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

七大参数

源码分析

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

本质:ThreadPoolExecutor()

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心大小
                          int maximumPoolSize, // 最大核心大小
                          long keepAliveTime, // 存活事件
                          TimeUnit unit, // 超时单位
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂,创建线程,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.acc = System.getSecurityManager() == null ?
            null :
            AccessController.getContext();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

手动创建线程池

package poll;

import java.util.concurrent.*;

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                // 超出不处理
                //new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
                // 哪来的回哪里
                //new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
                // 队列满了不会抛出异常,会丢掉任务
                //new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
                // 队列满了,尝试和最早的竞争,也不会抛出异常
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());

        try {
            // 最大承载:队列长度+最大核心数
            for (int i = 0; i < 9; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " OK");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完,程序结束,关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

四种拒绝策略

1、超出不处理

2、哪来的回哪去

3、队列满了,尝试和最早的竞争,不抛异常

4、队列满了不会抛异常,丢弃任务

小结和拓展

线程池的最大线程数到底该如何设置

1、CPU密集型,根据CPU核心数定义,可以保证CPU效率最高

​ Runtime.getRuntime().availableProcessors() 获取CPU核心数

2、IO密集型,判断程序中十分耗IO的线程,通常双倍设置

12、四大函数式接口(重点,必须掌握)

新时代程序员: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

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
// 超级多FunctionalInterface
// 简化编程模型,在新版本的框架底层大量应用
// foreach(消费者类的函数式接口)

Function函数式接口

package function;

import java.util.function.Function;

/**
 * Function 函数型接口, 有一个输入参数,有一个输出
 * 只要是函数型接口,可以用 lambda 表达式简化
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //Function function = (Function<String, String>) str -> str;
        Function function = (str) -> str;
        System.out.println(function.apply("abc"));
    }
}

断定型接口:有一个输入参数,返回值只能是 布尔值!

package function;

import java.util.function.Predicate;

/**
 * 断定型接口:有一个输入参数,返回值只能是 布尔值!
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 判断字符串是否为空
        //Predicate<String> predicate = new Predicate<String>() {
        //    @Override
        //    public boolean test(String s) {
        //        return s.isEmpty();
        //    }
        //};
        Predicate<String> predicate = (str)->{return str.isEmpty();};
        System.out.println(predicate.test(""));
    }
}

Consumer 消费型接口

package function;

import java.util.function.Consumer;

/**
 * Consumer 消费型接口:只有输入,没有返回值
 */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        //Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {
        //    @Override
        //    public void accept(String o) {
        //        System.out.println(o);
        //    }
        //};
        Consumer<String> consumer = (str)->{System.out.println(str);};
        consumer.accept("abc");
    }
}

Supplier 供给型接口

package function;

import java.util.function.Supplier;

/**
 * Supplier 供给型接口 没有参数,只有返回值
 */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        //Supplier<Integer> supplier = new Supplier<Integer>() {
        //    @Override
        //    public Integer get() {
        //        System.out.println("get()");
        //        return 1024;
        //    }
        //};
        Supplier<Integer> supplier = ()->{return 1024;};
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

13、Stream流式计算

什么是Stream流式计算

大数据:存储 + 计算

存储:集合、MySQL 本质就是存储

计算都应该交给流来操作!

package stream;

public class User {
    private Integer id;
    private String name;
    private Integer age;

    public User(Integer id, String name, Integer age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public User() {
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}
package stream;

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;

/**
 * 题目要求:一分钟内完成此题,只能用一行代码实现!
 * 现在有5个用户!筛选
 * 1、ID 必须是偶数
 * 2、年龄必须大于23岁
 * 3、用户名转为大写字母
 * 4、用户名字母到着排序
 * 5、只输出一个用户!
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1, "a", 21);
        User u2 = new User(2, "b", 22);
        User u3 = new User(3, "c", 23);
        User u4 = new User(4, "d", 24);
        User u5 = new User(6, "e", 25);

        // 集合就是存储
        List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);

        // 计算交给Stream流
        // lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
        list.stream()
                .filter(u -> u.getId() % 2 == 0)
                .filter(u -> u.getAge() > 23)
                .map(u -> u.getName().toUpperCase())
                .sorted(Comparator.reverseOrder())
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

14、ForkJoin(分支合并)

什么是ForkJoin

JDK1.7出现,并行执行任务!提高效率,大数据量!

大数据:Map Reduce (把大任务拆分为小任务)

ForkJoin 特点:工作窃取

这里面维护的都是双端队列

ForkJoin

ForkJoin样例

package forkJoin;

import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * 求和计算的任务
 * ForkJoin  Stream并行流
 * 如何使用ForkJoin
 * 1、ForkJoinPool
 * 2、计算任务 ForkJoin.execute(ForkJoinTask task)
 * 3、计算类要继承ForkJoinTask
 */
public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {

    private Long start;
    private Long end;

    // 临界值
    private Long temp = 10000L;

    public ForkJoinDemo(Long start, Long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    // 计算方法
    @Override
    protected Long compute() {
        if ((end - start) < temp) {
            long sum = 0L;
            for (Long i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        } else {
            // 中间值
            long middle = (start + end) / 2;
            ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, middle);
            // 拆分任务,把任务压入线程队列
            task1.fork();
            ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(middle + 1, end);
            task2.fork();

            return task1.join() + task2.join();
        }
    }
}

测试类

package forkJoin;

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 耗时单位毫秒
        //test1(); // 6177
        //test2(); // 2082
        test3(); // 198
    }

    // 普通做法
    public static void test1() {
        Long sum = 0L;
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000L; i++) {
            sum += i;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + " 时间:" + (end - start));
    }

    // ForkJoin 拆分计算
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(0L, 10_0000_0000L);
        // 提交任务
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);

        Long sum = submit.get();

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + " 时间:" + (end - start));
    }

    // Stream流式计算
    public static void test3() {
        long start = System.currentTimeMillis();

        long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + " 时间:" + (end - start));
    }
}

15、异步回调

Future设计的初衷:对将来的某个事件的结果进行建模

package future;

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 异步调用:CompletableFuture
 * 异步执行
 * 成功回调
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 发起一个请求,没有返回值的 runAsync 异步回调
        //CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()->{
        //    try {
        //        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        //    } catch (InterruptedException e) {
        //        e.printStackTrace();
        //    }
        //    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"runAsync=>Void");
        //});
        //
        //System.out.println("1111111111");
        //
        //// 阻塞获取执行结果
        //completableFuture.get();

        // 有返回值的异步回调 supplyAsync
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "supplyAsync=>Integer");
            // 故意制造错误
            int i = 10 / 0;
            return 1024;
        });

        System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
            // 正确返回信息
            System.out.println("t=>" + t);
            // 错误信息:java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
            System.out.println("u=>" + u);
        }).exceptionally((e) -> {
            System.out.println(e.getMessage());
            // 可以获取到错误的返回结果
            return 2333;
        }).get());
    }
}

16、JMM

请你谈谈对Volatile的理解

Volatile是Java虚拟机提供轻量级的同步机制

1、保证可见性

2、==不保证原子性==

3、禁止指令重排

什么是JMM

JMM:java内存模型,不存在的东西,概念!约定!

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

线程分为:工作内存主内存

内存交互操作有8种,虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的,不可在分的(对于double和long类型的变量来说,load、store、read和write操作在某些平台上允许例外)

  • 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
  • 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

JMM对这八种指令的使用,制定了如下规则:

  • 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。就是怼变量实施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

问题:程序不知道主内存的值已经被修改过了

17、Volatile

1、保证可见性

package tvolatile;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class JMMDemo {
    // 如果不加 volatile 就会死循环
    // 加 volatile 保证可见性
    private volatile static int num = 0;
    public static void main(String[] args) {

        // 线程1 对主内存的变化不知道
        new Thread(()->{
            while (num==0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;
        System.out.println(num);
    }
}

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。要么同时成功,要么同时失败

package tvolatile;

/**
 * volatile 不保证原子性
 */
public class VDemo02 {

    private volatile static int num = 0;

    public static void add() {
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int i1 = 0; i1 < 1000; i1++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

如果不加lock和synchronized,怎么样保证原子性

使用java.util.concurrent.atomic原子类解决

package tvolatile;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * volatile 不保证原子性
 */
public class VDemo02 {

    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

    public static void add() {
        // num++;不是一个原子性操作
        //AtomicInteger+1操作
        num.getAndIncrement();
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int i1 = 0; i1 < 1000; i1++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩!在内存中修改值!Unsafe类是一个很特殊的存在!

3、指令重排

什么 指令重排:编写的程序,计算机并不是按照编写的内容去执行

源代码-->编译器优化的重排-->指令并行也可能重排-->内存系统也会重排-->执行

指令重排的前提:处理器在进行指令重排的时候,会考虑:数据之间的依赖性!

可能造成影响的结果: a b x y 这四个值默认都是 0

线程A线程B
x=ay=b
b=1a=2

正常结果:x = 0; y = 0; 但是可能由于指令重排

线程A线程B
x=aa=2
b=1y=b

指令重排导致的诡异结果:x = 2; y = 1;

volatile 可以避免指令重排

内存屏障,CPU指令。作用:

1、保证特定操作的执行顺序!

2、保证某些变量的内存可见性(利用这些特性volatile实现了可见性)

Volatile 是可以保证可见性,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

18、彻底玩转单例模式

饿汉式,DCL懒汉式

饿汉式

package single;

/**
 * 饿汉式单例
 */
public class Hungry {
    private Hungry() {

    }

    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();

    public static Hungry getInstance() {
        return HUNGRY;
    }
}

DCL 懒汉式

package single;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

/**
 * 懒汉式单例
 */
public class LazyMan {

    private static boolean flag = false;

    private LazyMan() {

        synchronized (LazyMan.class) {
            if (flag == false) {
                flag = 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;

    // 双重检测所模式的懒汉式单例  DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance() {
        // 加锁
        if (lazyMan == null) {
            synchronized (LazyMan.class) {
                if (lazyMan == null) {
                    /**
                     * 不是原子性操作
                     * 1、分配内存空间
                     * 2、执行构造方法,初始化对象
                     * 3、把这个对象指向内存空间
                     * 期望顺序 1、2、3
                     * 可能顺序 1、3、2  A线程
                     * B线程进来时,已经指向内存空间,但是没有初始化对象
                     * 此时得到的lazyMan还没完成初始构造
                     *
                     * 解决方法在对象上加入volatile
                     */
                    lazyMan = new LazyMan();
                }
            }
        }

        return lazyMan;
    }

    // 反射
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //LazyMan instance = LazyMan.getInstance();

        Field flag = LazyMan.class.getDeclaredField("flag");
        flag.setAccessible(true);

        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();

        flag.set(instance, false);

        LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
    }
}

静态内部类

package single;

/**
 * 静态内部类实现
 */
public class Holder {

    private Holder() {

    }

    public static Holder getInstance() {
        return InnerClass.HOLDER;
    }

    public static class InnerClass {
        private static final Holder HOLDER = new Holder();

    }
}

单例模式不安全可以通过反射破坏

枚举类型的最终反编译源码

package single;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

/**
 * 枚举本身也是一个class
 */
public enum EnumSingle {
    INSTANCE;

    public EnumSingle getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

class Test {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        // NoSuchMethodException
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

枚举是有参构造

枚举累的的最终反编译源码:

package single;


public final class EnumSingle extends Enum
{

    public static EnumSingle[] values()
    {
        return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
    }

    public static EnumSingle valueOf(String name)
    {
        return (EnumSingle)Enum.valueOf(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

什么是 CAS

为什么要学?大厂要深入研究底层,有所突破!修内功,操作系统,计算机网络原理

package cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASDemo {
    // CAS  compareAndSet:比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

        // 期望、更新
        // 如果期望值达到了,就更新,否则不更新, CAS 是CPU的并发原语
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());

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

}

Unsafe 类

java通过Unsafe类调用底层操作内存

CAS: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!

缺点:

1、由于是自旋锁,循环会耗时

2、一次性只能保证一个共享变量的原子性

3、ABA问题

CAS: ABA 问题(狸猫换太子)

package cas;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CASDemo {
    // CAS  compareAndSet:比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

        // 对于平时写的SQL: 乐观锁!
        // 期望、更新
        // 如果期望值达到了,就更新,否则不更新, CAS 是CPU的并发原语
        //============捣乱线程============
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());

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

        //============期望线程============
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }

}

20、原子引用

解决ABA问题,引入原子引用!对应的思想:乐观锁

带版本号的原子操作

package cas;

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

public class CASDemo {
    // CAS  compareAndSet:比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        //AtomicStampedReference 注意,如果泛型是一个包装类,注意对象的应用问题
        AtomicStampedReference<Integer> atomicInteger = new AtomicStampedReference<>(1, 1);

        new Thread(() -> {
            // 获得版本号
            int stamp = atomicInteger.getStamp();
            System.out.println("a1=>" + stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(1, 2,
                    atomicInteger.getStamp(), atomicInteger.getStamp() + 1));
            System.out.println("a2=>" + atomicInteger.getStamp());

            System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2, 1,
                    atomicInteger.getStamp(), atomicInteger.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>" + atomicInteger.getStamp());
        }, "A").start();

        // 乐观锁的原理相同
        new Thread(() -> {
            // 获得版本号
            int stamp = atomicInteger.getStamp();
            System.out.println("b1=>" + stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(1, 6,
                    stamp, stamp + 1));
            System.out.println("b2=>" + atomicInteger.getStamp());
        }, "B").start();
    }

}

注意: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获取对象实力,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

21、各种锁的理解

1、公平锁、非公平锁

公平锁:不能够插队,线程有先来后到

非公平锁:可以插队(默认都是飞公平)

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

2、可重入锁

可重入锁(递归锁)

package lock;

/**
 * Synchronized
 */
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();
    }

    public synchronized void call() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call");
    }
}
package lock;

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

/**
 * Lock版
 */
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 synchronized void sms() {
        // 实际两次加锁,
        lock.lock();
        // lock 锁必须配对,几次加锁,必须几次解锁
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sms");
            call();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public synchronized void call() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3、自旋锁

package lock;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

/**
 * 自旋锁
 */
public class SpinLockDemo {
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

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

        while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {

        }
    }

    // 解锁
    public void myUnLock() {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=> myUnLock");

        atomicReference.compareAndSet(thread, null);
    }
}
package lock;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestSpinLock {
    public static void main(String[] args) {
        SpinLockDemo lock = new SpinLockDemo();

        new Thread(() -> {
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }

        }, "T1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        }, "T2").start();


    }
}

T1先获得锁,正常执行,T2也获得锁,然后T2自旋空转,等T1解锁后,T2才能解锁。

4、死锁

死锁是什么?

死锁的必要条件:

1、互斥条件

2、请求和保持

3、不可抢占

4、循环等待

package lock;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String lockA = "lockA";
        String lockB = "lockB";

        new Thread(new MyThread(lockA, lockB), "T1").start();
        new Thread(new MyThread(lockB, lockA), "T1").start();
    }
}

class MyThread implements Runnable {

    private String lockA;
    private String lockB;

    public MyThread(String lockA, String lockB) {
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (lockA) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock:" + lockA + "=>get" + lockB);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockB) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock:" + lockB + "=>get" + lockA);
            }
        }
    }
}

解决问题

1、使用 jps - l 定位进程号

2、是jstack 进程号查看程序信息

排查问题方式:

1、日志

2、堆栈信息