Java JUC
1.JUC简介
在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent （简称 JUC ）包，在此包中增加了在并发编程中很常用 的实用工具类，用于定义类似于线程的自定义子 系统，包括线程池、异步 IO 和轻量级任务框架。 提供可调的、灵活的线程池。还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现等。
2.volatile关键字
2.1 内存可见性
Java 内存模型规定，对于多个线程共享的变量，存储在主内存当中，每个线程都有自己独立的工作内存，并且线程只能访问自己的工作内存，不可以访问其它线程的工作内存。工作内存中保存了主内存中共享变量的副本，线程要操作这些共享变量，只能通过操作工作内存中的副本来实现，操作完毕之后再同步回到主内存当中，其 JVM 模型大致如下图。
JVM 模型规定：1) 线程对共享变量的所有操作必须在自己的内存中进行，不能直接从主内存中读写; 2) 不同线程之间无法直接访问其它线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。这样的规定可能导致得到后果是：线程对共享变量的修改没有即时更新到主内存，或者线程没能够即时将共享变量的最新值同步到工作内存中，从而使得线程在使用共享变量的值时，该值并不是最新的。这就引出了内存可见性。
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。
public class TestVolatile {
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo td = new ThreadDemo();
new Thread(td).start();
while(true){
if(td.isFlag()){
System.out.println("------------------");
break;
}
}
}
}
class ThreadDemo implements Runnable {
private boolean flag = false;
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
flag = true;
System.out.println("flag=" + isFlag());
}
public boolean isFlag() {
return flag;
}
public void setFlag(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
}
//输出：
//flag=true
2.2 volatile 关键字
Java 提供了一种稍弱的同步机制，即 volatile 变量，用来确保将变量的更新操作通知到其它线程。当把共享变量声明为 volatile 类型后，线程对该变量修改时会将该变量的值立即刷新回主内存，同时会使其它线程中缓存的该变量无效，从而其它线程在读取该值时会从主内中重新读取该值（参考缓存一致性）。因此在读取 volatile 类型的变量时总是会返回最新写入的值。
volatile屏蔽掉了JVM中必要的代码优化(指令重排序)，所以在效率上比较低
public class TestVolatile {
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo td = new ThreadDemo();
new Thread(td).start();
while(true){
if(td.isFlag()){
System.out.println("------------------");
break;
}
}
}
}
class ThreadDemo implements Runnable {
private volatile boolean flag = false;
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
flag = true;
System.out.println("flag=" + isFlag());
}
public boolean isFlag() {
return flag;
}
public void setFlag(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
}
//输出：
//flag=true
//------------------
volatile关键字最主要的作用是：
1.保证变量的内存可见性
2.局部阻止重排序的发生
可以将 volatile 看做一个轻量级的锁，但是又与 锁有些不同：
1.对于多线程，不是一种互斥关系
2.不能保证变量状态的“原子性操作“
3.1 原子变量
3.1.1 i++的原子性问题
public class TestAtomicDemo {
public static void main(String[] args) {
AtomicDemo ad = new AtomicDemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(ad).start();
}
}
}
class AtomicDemo implements Runnable{
private volatile int serialNumber = 0;
// private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.print(getSerialNumber()+" ");
}
public int getSerialNumber(){
return serialNumber++;
// return serialNumber.getAndIncrement();
}
}
//运行结果：
//0 4 3 2 1 0 5 6 7 8 ——> 会产生重复
//如果改为：
class AtomicDemo implements Runnable{
// private volatile int serialNumber = 0;
private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.print(getSerialNumber()+" ");
}
public int getSerialNumber(){
return serialNumber.getAndIncrement();
}
}
//运行结果
//1 3 2 0 4 6 5 7 8 9 ——> 不会重复
3.1.2 原子变量
实现全局自增id最简单有效的方式是什么?java.util.concurrent.atomic包定义了一些常见类型的原子变量。这些原子变量为我们提供了一种操作单一变量无锁(lock-free)的线程安全(thread-safe)方式。
实际上该包下面的类为我们提供了类似volatile变量的特性，同时还提供了诸如boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)的功能。
不使用锁实现线程安全听起来似乎很不可思议，这其实是通过CPU的compare and swap指令实现的，由于硬件指令支持当然不需要加锁了。
核心方法：boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)
原子变量类的命名类似于AtomicXxx，例如，AtomicInteger类用于表示一个int变量。
标量原子变量类
AtomicInteger，AtomicLong和AtomicBoolean类分别支持对原始数据类型int，long和boolean的操作。
当引用变量需要以原子方式更新时，AtomicReference类用于处理引用数据类型。
原子数组类
有三个类称为AtomicIntegerArray，AtomicLongArray和AtomicReferenceArray，它们表示一个int，long和引用类型的数组，其元素可以进行原子性更新。
3.2 CAS算法
Compare And Swap (Compare And Exchange) / 自旋 / 自旋锁 / 无锁
CAS 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：
1.需要读写的内存值 V
2.进行比较的值 A
3.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。
3.2.1 ABA问题
CAS会导致ABA问题，线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B，在此之前，线程2将变量的值由A替换为C，又由C替换为A，然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A，所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了，尽管CAS成功，但可能存在潜藏的问题。
解决办法（版本号 AtomicStampedReference），基础类型简单值不需要版本号