Java JUC 简介

1-volatile 关键字 内存可见性

内存可见性

• 内存可见性（Memory Visibility）是指当某个线程正在使用对象状态 而另一个线程在同时修改该状态，需要确保当一个线程修改了对象 状态后，其他线程能够看到发生的状态变化。

• 可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时，我们无 法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值，有时甚 至是根本不可能的事情。

• 我们可以通过同步来保证对象被安全地发布。除此之外我们也可以 使用一种更加轻量级的 volatile 变量。

volatile 关键字

• 对于多线程，不是一种互斥关系

• 不能保证变量状态的“原子性操作”

2-原子变量 CAS算法

CAS 算法

• CAS (Compare-And-Swap) 是一种硬件对并发的支持，针对多处理器 操作而设计的处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并 发访问。

• CAS 是一种无锁的非阻塞算法的实现。

• CAS 包含了 3 个操作数：

• 需要读写的内存值 V

• 进行比较的值 A

• 拟写入的新值 B

• 当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V 的 值，否则不会执行任何操作。

原子变量

• 类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。事实上，此包中的类可 将 volatile 值、字段和数组元素的概念扩展到那些也提供原子条件更新操作的类。

• 类 AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong 和 AtomicReference 的实例各自提供对 相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。

• AtomicIntegerArray、AtomicLongArray 和 AtomicReferenceArray 类进一步扩展了原子操 作，对这些类型的数组提供了支持。这些类在为其数组元素提供 volatile 访问语义方 面也引人注目，这对于普通数组来说是不受支持的。

• 核心方法：boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)

• java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子操作的常用类:

• AtomicBoolean 、AtomicInteger 、AtomicLong 、 AtomicReference

• AtomicIntegerArray 、AtomicLongArray

• AtomicMarkableReference

• AtomicReferenceArray

• AtomicStampedReference

3-ConcurrentHashMap 锁分段机制

ConcurrentHashMap

• Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器 的性能。

• ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对 与多线程的操作，介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段” 机制替代 Hashtable 的独占锁。进而提高性能。

• 此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现： ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给 定 collection 时，ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap， ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。当期望的读数和遍历远远 大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。

4-CountDownLatch 闭锁

CountDownLatch

• Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器 的性能。

• CountDownLatch 一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作 之前，它允许一个或多个线程一直等待。

• 闭锁可以延迟线程的进度直到其到达终止状态，闭锁可以用来确保某些活 动直到其他活动都完成才继续执行：

• 确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行;

• 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动;

• 等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。

5-实现 Callable 接口

Callable 接口

• Java 5.0 在 java.util.concurrent 提供了一个新的创建执行 线程的方式：Callable 接口

• Callable 接口类似于 Runnable，两者都是为那些其实例可 能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返 回结果，并且无法抛出经过检查的异常。

• Callable 需要依赖FutureTask ，FutureTask 也可以用作闭锁。

6-Lock 同步锁

显示锁 Lock

• 在 Java 5.0 之前，协调共享对象的访问时可以使用的机制只有 synchronized 和 volatile 。Java 5.0 后增加了一些新的机制，但并不是一种替代内置锁的方法，而是当内置锁不适用时，作为一种可选择的高级功能。

• ReentrantLock 实现了 Lock 接口，并提供了与 synchronized 相同的互斥性和内存可见性。但相较于 synchronized 提供了更高的处理锁的灵活性。

7-Condition 控制线程通信

Condition

• Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用 法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似，但提供了更强大的 功能。需要特别指出的是，单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关 联。为了避免兼容性问题，Condition 方法的名称与对应的 Object 版 本中的不同。

• 在 Condition 对象中，与 wait、notify 和 notifyAll 方法对应的分别是 await、signal 和 signalAll。

• Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。

8-线程按序交替

线程按序交替

9-ReadWriteLock 读写锁

读-写锁 ReadWriteLock

• ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作， 另一个用于写入操作。只要没有 writer，读取锁可以由 多个 reader 线程同时保持。写入锁是独占的。

• ReadWriteLock 读取操作通常不会改变共享资源，但执行 写入操作时，必须独占方式来获取锁。对于读取操作占 多数的数据结构。 ReadWriteLock 能提供比独占锁更高 的并发性。而对于只读的数据结构，其中包含的不变性 可以完全不需要考虑加锁操作。

10-线程八锁

线程八锁

• 一个对象里面如果有多个synchronized方法，某一个时刻内，只要一个线程去调用 其中的一个synchronized方法了，其它的线程都只能等待，换句话说，某一个时刻 内，只能有唯一一个线程去访问这些synchronized方法

• 锁的是当前对象this，被锁定后，其它的线程都不能进入到当前对象的其它的 synchronized方法

• 加个普通方法后发现和同步锁无关

• 换成两个对象后，不是同一把锁了，情况立刻变化。

• 都换成静态同步方法后，情况又变化

• 所有的非静态同步方法用的都是同一把锁——实例对象本身，也就是说如果一个实 例对象的非静态同步方法获取锁后，该实例对象的其他非静态同步方法必须等待获 取锁的方法释放锁后才能获取锁，可是别的实例对象的非静态同步方法因为跟该实 例对象的非静态同步方法用的是不同的锁，所以毋须等待该实例对象已获取锁的非 静态同步方法释放锁就可以获取他们自己的锁。

• 所有的静态同步方法用的也是同一把锁——类对象本身，这两把锁是两个不同的对 象，所以静态同步方法与非静态同步方法之间是不会有竞态条件的。但是一旦一个 静态同步方法获取锁后，其他的静态同步方法都必须等待该方法释放锁后才能获取 锁，而不管是同一个实例对象的静态同步方法之间，还是不同的实例对象的静态同 步方法之间，只要它们同一个类的实例对象！

11-线程池

线程池

• 第四种获取线程的方法：线程池，一个 ExecutorService，它使用可能的几个池线程之 一执行每个提交的任务，通常使用 Executors 工厂方法配置。

• 线程池可以解决两个不同问题：由于减少了每个任务调用的开销，它们通常可以在 执行大量异步任务时提供增强的性能，并且还可以提供绑定和管理资源（包括执行 任务集时使用的线程）的方法。每个 ThreadPoolExecutor 还维护着一些基本的统计数 据，如完成的任务数。

• 为了便于跨大量上下文使用，此类提供了很多可调整的参数和扩展钩子 (hook)。但 是，强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法 ：

• Executors.newCachedThreadPool()（无界线程池，可以进行自动线程回收）

• Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小线程池）

• Executors.newSingleThreadExecutor()（单个后台线程）

• 它们均为大多数使用场景预定义了设置。

12-线程调度

ScheduledExecutorService

• 一个 ExecutorService，可安排在给定的延迟后运行或定 期执行的命令。

13-ForkJoinPool 分支/合并框架 工作窃取

Fork/Join 框架

• Fork/Join 框架：就是在必要的情况下，将一个大任务，进行拆分(fork)成 若干个小任务（拆到不可再拆时），再将一个个的小任务运算的结果进 行 join 汇总。

Fork/Join 框架与线程池的区别

• 采用 “工作窃取”模式（work-stealing）： 当执行新的任务时它可以将其拆分分成更小的任务执行，并将小任务加 到线程队列中，然后再从一个随机线程的队列中偷一个并把它放在自己的队 列中。

• 相对于一般的线程池实现，fork/join框架的优势体现在对其中包含的任务 的处理方式上.在一般的线程池中，如果一个线程正在执行的任务由于某些 原因无法继续运行，那么该线程会处于等待状态。而在fork/join框架实现中， 如果某个子问题由于等待另外一个子问题的完成而无法继续运行。那么处理 该子问题的线程会主动寻找其他尚未运行的子问题来执行.这种方式减少了 线程的等待时间，提高了性能。