JUC并发编程进阶

文章目录

JUC并发编程进阶

什么是JUC？线程和进程Lock锁（重点）生产者和消费者问题如何判断锁的是谁？ 8锁现象集合类不安全Callable常用的辅助类（必会）

CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore 读写锁阻塞队列线程池（重点）四大函数式接口（必须掌握）Stream 流式计算ForkJoin异步回调JMMVolatile深入理解单例模式深入理解CAS原子引用各种锁的理解

公平锁、非公平锁可重入锁自旋锁死锁

JUC并发编程进阶

jdk环境

保证项目JDK至少有1.8 Project和Moudle都要设置好

什么是JUC？

源码+官方文档面试高频

java.util工具包

业务：普通的线程代码 Thread

Runnable 没有返回值，效率相比Callable低！

线程和进程

线程，进程，如果不能用一句话说出来的技术说明不扎实！

进程：一个进程，QQ.exe Music.exe 程序的集合，运行中的程序

一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个！

java默认有几个线程呢？2个 main+GC

线程：开启一个进程 Typora，写字，自动保存（线程负责）

Thread、Runnable、Callable

Java真的可以开启线程嘛？不可以！

public synchronized void start() {
    
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            
        }
    }
}

//本地方法 底层的C++ Java 无法直接操作硬件
private native void start0();

并发并行

并发编程：并发、并行

并发（多线程操作同一个资源）

CPU一核，模拟出来的多线程，天下武功，唯快不破，快速交替

并行（多个线程同一时刻执行）

CPU多核，多个线程可以同时执行[线程池]

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资源

线程有几个状态？

public enum State {
        // 新生
        NEW,

        // 运行
        RUNNABLE,

        // 阻塞
        BLOCKED,

        //等待（一直等）
        WAITING,

        // 超时等待（等待一定时间，没有等到直接结束）
        TIMED_WAITING,

        //终止
        TERMINATED;
    }

wait/sleep 区别

Lock锁（重点）

传统的synchronized


public class SaleTicketDemo01 {
    public static void main(String[] args) {

        // 并发：多线程操作同一个资源类，把资源丢进线程
        Ticket ticket = new Ticket();

        // @FunctionalInterface 函数式接口 jdk1.8 兰八大表达式 ( 参数 )->{ 代码 }
        for (String s : Arrays.asList("A", "B", "C")) {
            new Thread(()->{
                for (int i = 0; i < 60; i++) {
                    ticket.sale();
                }
            }, s).start();
        }
    }
}


class Ticket{
    // 属性 方法
    private int number = 50;

    // 买票的方式
    public synchronized void sale(){
        if (number > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--) + "票，剩余：" + number);
        }
    }

}

Lock 接口

Lock lock = …;

lock.lock();//加锁

lock.unlock();//解锁

可重入锁(常用)

实现类：ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock.ReadLock(读锁),ReentrantReadWriteLock.WriteLock(写锁)


public class SaleTicketDemo02 {
    public static void main(String[] args) {

        // 并发：多线程操作同一个资源类，把资源丢进线程
        Ticket2 ticket = new Ticket2();

        // @FunctionalInterface 函数式接口 jdk1.8 兰八大表达式 ( 参数 )->{ 代码 }
        for (String s : Arrays.asList("A", "B", "C")) {
            new Thread(()->{
                for (int i = 0; i < 60; i++) {
                    ticket.sale();
                }
            }, s).start();
        }
    }
}


class Ticket2{
    // 属性 方法
    private int number = 30;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    // 买票的方式
    public void sale(){
        lock.lock(); // 加锁

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


    }

}

Synchronized 和 Lock 区别

Sycnchronized 内置的java关键字，Lock 是一个java类Synchronized 无法判断取锁的状态，而 Lock 可以判断是否获取到了锁Synchronized 会自动释放锁， Lock 锁必须要手动释放锁！如果不释放锁，死锁！Synchronized 线程1 （获得锁，阻塞）、线程2（一直等）；Lock 不会一直等待，会尝试获取锁Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平；Lock ，可重入锁，可以判断锁，非公平（可以自己设置）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？

生产者和消费者问题

面试：单例模式、排序算法、生产者消费者、死锁

生产者和消费者问题 Synchronized 版


public class A {
    public static void main(String[] args) {
        final 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 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 我加一完毕了;
        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，我减一完毕了
        this.notifyAll();
    }

}

问题如果同时存在多个线程虚假唤醒

JUC 版，生产者与消费者问题

必须把if改成while！！！

代码实现：


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

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.increment();
            }
        }, "A").start();

        new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.decrement();
            }
        }, "B").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.increment();
            }
        }, "C").start();

        new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.decrement();
            }
        }, "D").start();
    }
}


class Data2{

    private int number = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    //condition.await(); // 等待
    //condition.signalAll(); // 唤醒全部

    //+1
    public void increment() {
        lock.lock();

        try {
            //业务代码
            while (number!=0){
                //等待
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            //通知其他线程 我加一完毕了;
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //-1
    public void decrement() {
        lock.lock();

        try {
            while (number==0){
                //等待
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            //通知其他线程，我减一完毕了
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


}

任何一个新的技术，绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术，优势和补充！

Condition 精准通知和唤醒线程

代码测试：

package kuang.juc.pc;

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


public class C {
    public static void main(String[] args) {
        final 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{

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition1 = lock.newCondition();
    Condition condition2 = lock.newCondition();
    Condition condition3 = lock.newCondition();

    private int number = 1;//A 1 B 2 C 3

    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() + "=> A");
            // 唤醒 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() + "=> B");
            // 唤醒 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() + "=> C");
            // 唤醒 A
            number = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    
}

如何判断锁的是谁？ 8锁现象

深刻理解我们的锁

锁创建的对象对象方法类对象的锁类方法集合类不安全

List不安全


public class ListTest {

    public static void main(String[] args) {
        
        
        List 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

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

//        Set set = new HashSet<>();
//        Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        Set set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 0; 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<>();
}

public boolean add(E e){
    return map.add(e, PRESENT)==null;
}

private static final Object PRESENT = new Object();//常量

Map 不安全

//ConcurrentModificationException
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // map 是这样的嘛？ 不是 ， 工作中不使用 HashMap
        // 默认等价于什么？ new HashMap<>(16,0.75)
//        Map map = new HashMap<>();
//        Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
        // 加载因子 初始化容量

        Map map = new ConcurrentHashMap<>();

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

Callable

public interface Callable

Callable 接口类似于 Runnable，因为他们都是为其实例，可能由另一个线程执行的类设计的。然而，Runnable 不返回结果，也不能抛出被检查异常。

可以有返回值可以抛出异常方法不同，run()/call()

代码测试

public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        

        MyThread myThread = new MyThread();
        FutureTask stringFutureTask = new FutureTask<>(myThread);
        // 只打印了一个call！只会执行一次！！
        new Thread(stringFutureTask,"A").start();
        new Thread(stringFutureTask,"B").start(); // 结果会被缓存 效率高！
        

        String s = stringFutureTask.get();//get方法可能会产生阻塞！放到最后！
        //或者通过异步通信来处理！
        System.out.println(s);
    }
}

class  MyThread implements Callable {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("call()");
        // 耗时的操作
        return UUID.randomUUID().toString().substring(0,5);
    }
}

有缓存结果可能需要等待，会阻塞！常用的辅助类（必会） CountDownLatch

public class CountDownLatchDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        final int COUNT = 6;
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(COUNT);

        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Go out");
                countDownLatch.countDown();//数量减一
            },String.valueOf(i)).start();
        }

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

        System.out.println("Close Door");

    }

}

原理：

countDownLatch.countDown(); // 数量减一

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

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

CyclicBarrier

加法计数器

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        
        final int COUNT = 7;
        //召唤龙珠的线程
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(COUNT,()->{
            System.out.println("召唤神龙成功！");
        });

        for (int i = 1; i <= COUNT; i++) {
            //lambda 不能拿到非常量i 可以通过定义一个常量来获取值
            final int I = i;
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + I + "颗龙珠");

                try {
                    cyclicBarrier.await();// 等待
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

原理：

new CyclicBarrier( COUNT , ()->{Task} );// 创建加法计数器指定数值COUNT和目标任务Task

cyclicBarrier.await();// 计数器加一若达到计数器指定数值则执行目标任务

Semaphore

Semaphore:信号量

抢车位！6车抢3个停车位限流！

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //线程数量 ： 停车位 (6辆车抢3个车位) 限流！
        final int PERMITS = 3;
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(PERMITS);

        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    // acquire()  得到
                    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();
        }
    }
}

原理：

new Semaphore( PERMITS ); // 创建限流器，设置上限为 PERMITS

semaphore.acquire();// 获得资源 , 如果资源用完了，等待资源释放为止。

semaphore.release();// 释放资源，信号量+1，然后唤醒等待的资源。

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。

读写锁

ReadWriteLock （ReentrantReadWriteLock）

ReadWriteLock维护一对关联的locks，一个用于只读操作，一个用于写入。read lock可以由多个阅读器线程同时进行，只要没有作者。write lock 是只能一个线程单独使用的。

可以多线程读，只能单线程写


public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final MyCache myCache = new MyCache();

        //写入
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int I = i;
            new Thread(()->{myCache.put(String.valueOf(I),I);},String.valueOf(i)).start();
        }

        //读取
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int I = i;
            new Thread(()->{myCache.get(String.valueOf(I));},String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}


class MyCache {
    private volatile Map 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() + "写入完毕");
    }

    //取 （读）
    public void get(String key){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
        map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取完毕");
    }
}


class MyCacheLock {
    private volatile Map map = new HashMap<>();
    //读写锁 更加细粒度的控制
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    //存 (写） 希望写的时候只有一个线程
    public void put(String key, Object value){
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key);
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入完毕");
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    //取 （读）可以多个线程同时读
    public void get(String key){
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
            map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取完毕");
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }

    }
}

阻塞队列

BlockingQueue 不是新的东西，与Set、List同级的Queue的实现类

什么情况下我们会使用阻塞队列？多线程并发处理，线程池！

学会使用队列

添加，移除

四组API

抛出异常不会抛出异常阻塞等待超时等待

方式	抛出异常	有返回值(不抛出异常)	阻塞等待	超时等待
添加	add()	offer()	put()	offer(e,t,Unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(t,Unit)
查看队首元素	element()	peek()	-	-

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        test1();
//        test2();
//        test3();
        test4();
    }
    
    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"));
//        //当队列满了 写入元素add 抛出异常！IllegalStateException : Queue full
//        blockingQueue.add("d");

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

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

        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
//        //当队列为空 读取元素remove 抛出异常！ NoSuchElementException
//        System.out.println(blockingQueue.remove());
    }

    
    public static void test2(){
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        //当队列满了 offer写入元素 无异常
        System.out.println(blockingQueue.offer("d"));//false

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

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

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        //当队列为空 poll 返回null
        System.out.println(blockingQueue.poll());//null
    }

    
    public static void test3() throws InterruptedException {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        blockingQueue.put("a");
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");
//        //当队列满了 put写入元素 阻塞
//        blockingQueue.put("d");

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

        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
//        //当队列为空 add读取元素 阻塞
//        System.out.println(blockingQueue.take());
    }

    
    public static void test4() throws InterruptedException {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        //当队列满了 offer写入元素 设置了阻塞最大时间 超过 则返回false
        System.out.println(blockingQueue.offer("d", 2, TimeUnit.SECONDS));

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

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        //当队列为空 add读取元素 返回null
        System.out.println(blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS));
    }
}

SynchronousQueue 同步队列

没有容量，放进去一个元素后，必须等待取出之后，才可以再放入一个元素！

package kuang.juc.bq;

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


public class SynchronousQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final BlockingQueue 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();
            }
        },"A").start();

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

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

程序运行的本质：占用系统的资源！优化系统资源的使用 => 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，有需要用则到这里拿，用完之后归还。

设置默认大小，最大资源值等。

线程池的好处：

降低资源的消耗提高响应的速度方便管理

线程复用，可以控制最大并发数，管理线程

线程池三大方法



public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();// 单个线程
//        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个固定的线程池大小
//        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 可伸缩的，自动调整的线程池

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 使用了线程池后 使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
                });
            }
        } finally {
            // 线程池用完后，在程序结束前需要 关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }


    }
}

七大参数

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new linkedBlockingQueue()));
}

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue());
}

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new linkedBlockingQueue());
}

//本质：ThreadPoolExecutor()

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,					//核心线程池大小
                          int maximumPoolSize,				//最大核心线程池大小
                          long keepAliveTime,				//超时了没有人调用就会释放
                          TimeUnit unit,					//超时时间的时间单位
                          BlockingQueue workQueue,//阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory,		//线程工厂(创建线程的)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;
}

手动创建一个线程池

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,      // 默认核心线程数（正常情况下银行窗口数）
                5,  // 最大核心线程数（银行的最大窗口数）
                3,      // 如果指定时间内没有超过默认线程数的需求则关闭非默认线程
                TimeUnit.SECONDS,   // 指定的超时时间单位
                new linkedBlockingQueue<>(3),   // 阻塞队列（银行的候客区）
                Executors.defaultThreadFactory(),   // 线程工厂
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()    // 拒绝策略（满了还有人来，不处理并抛出异常）
        );

        try {
            // 最大承载：D额queue + max
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 使用了线程池后 使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
                });
            }
        } finally {
            // 线程池用完后，在程序结束前需要 关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }


    }
}

四种拒绝策略

小结和拓展

最大线程该如何定义？

四大函数式接口（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();
}

//简化编程模型，在新版本的框架底层大量使用
//foreach(消费者式函数式接口)

代码测试：

Function 函数式接口

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //输出输入的字符串
//        Function function = new Function() {
//            @Override
//            public String  apply(String  str) {
//                return str;
//            }
//        };
        Function function = str -> str;

        System.out.println(function.apply("FUNCTION"));
    }
}

Predicate 断定型接口

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //判断字符串是否为空
        Predicate predicate = str -> str == null || str.isEmpty();
        System.out.println(predicate.test(""));
    }
}

Counsumer 消费型接口

public class Demo03_Consumer {
    public static void main(String[] args) {
        Consumer consumer = str -> System.out.println(str);
        consumer.accept("CONSUMER");
    }
}

Supplier 供给型接口

public class Demo04_Supplier {
    public static void main(String[] args) {
        //返回随机UUID的前五个字符的字符串
        Supplier supplier = () -> UUID.randomUUID().toString().substring(0,5);
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

Stream 流式计算

什么是Stream流式计算

大数据：存储+计算

集合、MySQL本质就是存储东西的

计算都应该交给流来计算！

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List list = Arrays.asList(
                new User(1,"a",21),
                new User(2,"b",22),
                new User(3,"c",23),
                new User(4,"d",24),
                new User(6,"e",25)
        );

        //计算交给流
        //lambda表达式 链式编程 函数式接口 流式计算
        list.stream()
                .filter(u->(u.getId()&1)==0)
                .filter(u->u.getAge()>23)
                .map(u->u.getName().toUpperCase())
                .sorted((u1,u2)->u2.compareTo(u1))
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

ForkJoin

什么是 ForkJoin

ForkJoin 在 JDK 1.7，并行执行任务！提高效率，大数据量！

大数据：Map Reduce（大任务拆分成小任务）

ForkJoin特点：工作窃取

这里面维护的是双端队列，已经完成工作的线程窃取未完成工作的线程的工作来做，提高效率！

forkJoinPool.execute(ForkJoinTask task)为异步执行给定任务的排列

测试类

public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask {
    private long start;
    private long end;

    //临界值
    private long temp = 10000L;
    private ForkJoinDemo forkJoinRight;

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

    public static void main(String[] args) {

    }

    
    @Override
    protected Long compute() {
        if ((end-start)> 1; // 中间值
            ForkJoinDemo forkJoinLeft = new ForkJoinDemo(start, middle);
            forkJoinLeft.fork();// 拆分任务 把任务压入线程队列
            ForkJoinDemo forkJoinRight = new ForkJoinDemo(middle + 1, end);
            forkJoinRight.fork();// 拆分任务 把任务压入线程队列

            return forkJoinLeft.join() + forkJoinRight.join();
        }
    }
}

测试：

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

    private static long END = 10_10000_0000L;

    public static void test1(){
        long start = System.currentTimeMillis();

        long sum = 0L;
        for (long i = 1L; i <= END; i++) {
            sum += i;
        }

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "时间："+(end-start));
        //sum=-4335232216078654848时间：2827
    }

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

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinDemo task = new ForkJoinDemo(1L,END);
//        forkJoinPool.execute(task);
        final ForkJoinTask submit = forkJoinPool.submit(task);//提交任务
        long sum = submit.get();

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "时间："+(end-start));
        //sum=-4335232216078654848时间：2020
    }

    //Stream 并行流
    public static void test3(){
        long start = System.currentTimeMillis();

        //rangeClosed (] range ()
        long sum = LongStream.rangeClosed(0L, END).parallel().reduce(0, Long::sum);

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum=" + sum + "时间："+(end-start));
        //sum=-4335232216078654848时间：1433
    }
}

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

CompletableFuture

runAsync() 无返回值Void cf.get() -> null

supplyAsync() 有返回值 cf.whenComplete((t, u)->{return …}).exceptionally(e->{return …}).get()

public class Demo01{
    // 发起一个请求
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

//        voidTest();
        supplyTest();
    }

    public static void voidTest() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 没有返回值的 runAsync 异步回调
        CompletableFuture completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" runAsync => Void");
        });

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

        System.out.println(completableFuture.get());//null
    }

    public static void supplyTest() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 有返回值的 supplyAsync 异步回调
        CompletableFuture completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            int i = 1/0;//制造错误！
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" runAsync => Integer");
            return 200;
        });

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

        //成功与失败的回调
        System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
            System.out.println("t:" + t + ",u:" + u);
            //t:返回值 如果错误这里为null
            //u:错误信息，如果没有报错返回null
        }).exceptionally(e -> {
            System.out.println(e.getMessage());//可以获取 异常对象
            return 500;//错误时将返回值设置为此处的值 （get）
        }).get());
    }
}

JMM

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：

立刻

线程：工作内存、主内存

八种操作：

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

对八种操作的规则：

问题

当两个线程共用一个主存变量时，都加载到自己的工作线程中，但是当其中一个线程修改了主存值，另一个线程是不可见的！

Volatile

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

不保证原子性

保证可见性


public class JMMDemo {
    // 不加 volatile 程序就会死循环！
    public volatile static int num = 0;
    public static void main(String[] args) {

        new Thread(()->{// 线程1
            while(num==0){

            }
        }).start();


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

不保证原子性

原子性：不可分割

一个线程在执行任务的时候，不能被打扰也不能被分割。要么操作同时成功要么操作同时失败。

public class VolatileDemo {
    private volatile static int num = 0;

    public static void add(){
        num++;// 不是原子性操作
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 理论上 num结果为 20*100 = 20000
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread((()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            })).start();
        }

        //等待以上线程执行完
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            // 两个线程指 main 和 gc
            Thread.yield();// 让出时间片
        }

        System.out.println(num);//小于20000
    }
}

如果不加 lock 和 Synchronized ，如果保证原子性？

通过javap -c demo.java查看反编译字节码文件可知，num++是多个操作！

使用原子类 atomic包

package kuang.juc.jmm;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class VolatileDemo {
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);

    public static void add(){
//        num++;// 非原子操作
        num.getAndIncrement(); // AtomicInteger +1 方法 （CAS）
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 理论上 num结果为 20*100 = 20000
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread((()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            })).start();
        }

        //等待以上线程执行完
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            // 两个线程指 main 和 gc
            Thread.yield();// 让出时间片
        }

        System.out.println(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。

深入理解单例模式

饿汉式单例

public class Hungry {

    // 一开始就创建了对象，可能会浪费空间
    private byte[] data = new byte[1024*1024];

    private Hungry(){}

    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();

    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }

}

懒汉式单例

public class LazyMan {

    private LazyMan() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 创建了lazyMan！");
    }

    private volatile static LazyMan lazyMan;

    // 双重检查锁模式的 懒汉式单例 DCL懒汉式
    private static LazyMan getInstance(){
        if (lazyMan == null) {
            // 避免并发条件下创建多次！
            synchronized (LazyMan.class){
                if (lazyMan == null) {
                    lazyMan = new LazyMan(); // 不是原子性操作
                    
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }


    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(LazyMan::getInstance).start();
        }
    }
}

静态内部类

public class Holder {
    private Holder(){

    }

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

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

单例不安全，反射！

枚举类型

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;
        final Constructor con = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);//最后是一个两参构造器！
        con.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = con.newInstance(null);
    }

}

枚举类型反编译的代码：

深入理解CAS

什么是CAS

public class CASDemo {

    // CAS Compare and Swap 比较并交换
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

        // 期望，更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update);
        // 如果达到期望的值，则更新，否则不更新！ CAS 是 CPU的并发原语！
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger);

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2022));
        System.out.println(atomicInteger);
    }

}

Unsafe类

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！（自旋锁）

缺点：

循环耗时一次性只能保证一个共享变量的原子性ABA问题

CAS：ABA 问题（狸猫换太子）

原子引用

解决ABA问题，引入原子引用！对应的思想是：乐观锁

带版本号的原子操作！

package kuang.juc.cas;

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

public class ABADemo {
    public static void main(String[] args) {
        // AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题！
        // 正常业务不使用包装类
        AtomicStampedReference atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1,1);

        System.out.println(atomicStampedReference.getReference());

        //乐观锁原理
        new Thread(()->{
            System.out.println("A1:" + atomicStampedReference.getStamp());

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

            System.out.println("A2:" + atomicStampedReference.getStamp());

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));

            System.out.println("A3:" + atomicStampedReference.getStamp());

        },"A").start();

        new Thread(()->{
            System.out.println("B1:" + atomicStampedReference.getStamp());

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

            System.out.println("B2:" + atomicStampedReference.getStamp());

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 3, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));

            System.out.println("B3:" + atomicStampedReference.getStamp());
        },"B").start();

        while (Thread.activeCount() > 2){
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(atomicStampedReference.getReference());
    }
}

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！

各种锁的理解公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不允许插队，必须先来后到！

非公平锁：非常不公平，可以插队（默认都是非公平锁）

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

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

可重入锁

可重入锁（递归锁）

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        final Phone phone = new Phone();

        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();


        new Thread(()->{
            phone.call();
        },"B").start();
    }
}

class Phone2{
    Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sms(){
        lock.lock(); // 细节问题：
        // 锁必须配对！否则就会死锁 上了两次锁就需要解锁两次！
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发短信");
            call();// 这里也有锁
        } finally {
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
    }

    public void call(){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打电话");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

自旋锁

spinlock

public class SpinLockDemo {

    //Thread 默认为 null
    AtomicReference 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)) {

        }
    }

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

}

测试

public class TestSpinlock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        Lock lock = new ReentrantLock();
//        lock.lock();
//        lock.unlock();

        // 底层使用的自旋锁
        final SpinLockDemo myLock = new SpinLockDemo();

        new Thread(()->{
            myLock.myLock();

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                myLock.myUnLock();
            }

        },"A").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        new Thread(()->{
            myLock.myLock();

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                myLock.myUnLock();
            }
        },"B").start();


    }
}

死锁

死锁是什么？

两个线程相互持有对方需要的锁，且不释放

public class DeadLockDemo {

    public static void main(String[] args) {

        String lockA = "LOCK_A";
        String lockB = "LOCK_B";

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

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

}

class MyThread implements Runnable{

    private String lockA;
    private String lockB;

    public MyThread(String A,String B){
        lockA = A;
        lockB = B;

    }

    @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);
            }

        }

    }
}

怎么排除死锁？

使用jps -l定位进程号

使用jstack 进程号排查

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