一. 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。
二. volatile 关键字
/*
* 一、volatile 关键字：当多个线程进行操作共享数据时，可以保证内存中的数据可见。
* 相较于 synchronized 是一种较为轻量级的同步策略。
*
* 注意：
* 1. volatile 不具备“互斥性”
* 2. volatile 不能保证变量的“原子性”
*/
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;
}
}三. 原子变量与 CAS 算法
/*
* 一、i++ 的原子性问题：i++ 的操作实际上分为三个步骤“读-改-写”
* int i = 10;
* i = i++; //10
*
* int temp = i;
* i = i + 1;
* i = temp;
*
* 二、原子变量：在 java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子变量。
* 1. volatile 保证内存可见性
* 2. CAS（Compare-And-Swap） 算法保证数据变量的原子性
* CAS 算法是硬件对于并发操作的支持
* CAS 包含了三个操作数：
* ①内存值 V
* ②预估值 A
* ③更新值 B
* 当且仅当 V == A 时， V = B; 否则，不会执行任何操作。
*/
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.println(getSerialNumber());
}
public int getSerialNumber(){
return serialNumber.getAndIncrement();
}
}/*
* 模拟 CAS 算法
*/
public class TestCompareAndSwap {
public static void main(String[] args) {
final CompareAndSwap cas = new CompareAndSwap();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int expectedValue = cas.get();
boolean b = cas.compareAndSet(expectedValue, (int)(Math.random() * 101));
System.out.println(b);
}
}).start();
}
}
}
class CompareAndSwap{
private int value;
//获取内存值
public synchronized int get(){
return value;
}
//比较
public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue){
int oldValue = value;
if(oldValue == expectedValue){
this.value = newValue;
}
return oldValue;
}
//设置
public synchronized boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue){
return expectedValue == compareAndSwap(expectedValue, newValue);
}
}
四. 同步容器类：ConcurrentHashMap
/*
* CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet : “写入并复制”
* 注意：添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。
*/
public class TestCopyOnWriteArrayList {
public static void main(String[] args) {
HelloThread ht = new HelloThread();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(ht).start();
}
}
}
class HelloThread implements Runnable{
// private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
static{
list.add("AA");
list.add("BB");
list.add("CC");
}
@Override
public void run() {
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
System.out.println(it.next());
list.add("AA");
}
}
}五. 闭锁
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
/*
* CountDownLatch ：闭锁，在完成某些运算是，只有其他所有线程的运算全部完成，当前运算才继续执行
*/
public class TestCountDownLatch {
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(50);
LatchDemo ld = new LatchDemo(latch);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 50; i++) {
new Thread(ld).start();
}
try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));
}
}
class LatchDemo implements Runnable {
private CountDownLatch latch;
public LatchDemo(CountDownLatch latch) {
this.latch = latch;
}
@Override
public void run() {
try {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
if (i % 2 == 0) {
System.out.println(i);
}
}
} finally {
latch.countDown();
}
}
}六, 实现 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。
/*
* 一、创建执行线程的方式三：实现 Callable 接口。 相较于实现 Runnable 接口的方式，方法可以有返回值，并且可以抛出异常。
*
* 二、执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。 FutureTask 是 Future 接口的实现类
*/
public class TestCallable {
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo td = new ThreadDemo();
//1.执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。
FutureTask<Integer> result = new FutureTask<>(td);
new Thread(result).start();
//2.接收线程运算后的结果
try {
Integer sum = result.get(); //FutureTask 可用于 闭锁
System.out.println(sum);
System.out.println("------------------------------------");
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadDemo implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}
}七. 同步锁：Lock
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。
/*
* 一、用于解决多线程安全问题的方式：
*
* synchronized:隐式锁
* 1. 同步代码块
*
* 2. 同步方法
*
* jdk 1.5 后：
* 3. 同步锁 Lock
* 注意：是一个显示锁，需要通过 lock() 方法上锁，必须通过 unlock() 方法进行释放锁
*/
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
new Thread(ticket, "1号窗口").start();
new Thread(ticket, "2号窗口").start();
new Thread(ticket, "3号窗口").start();
}
}
class Ticket implements Runnable{
private int tick = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
lock.lock(); //上锁
try{
if(tick > 0){
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票，余票为：" + --tick);
}
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
}
}
}八. Condition 线程通信
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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。
九. 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
/*
* 1. ReadWriteLock : 读写锁
*
* 写写/读写 需要“互斥”
* 读读 不需要互斥
*
*/
public class TestReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
ReadWriteLockDemo rw = new ReadWriteLockDemo();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
rw.set((int)(Math.random() * 101));
}
}, "Write:").start();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
rw.get();
}
}).start();
}
}
}
class ReadWriteLockDemo{
private int number = 0;
private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
//读
public void get(){
lock.readLock().lock(); //上锁
try{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + number);
}finally{
lock.readLock().unlock(); //释放锁
}
}
//写
public void set(int number){
lock.writeLock().lock();
try{
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
this.number = number;
}finally{
lock.writeLock().unlock();
}
}
}十. 线程8锁
/*
* 题目：判断打印的 "one" or "two" ？
*
* 1. 两个普通同步方法，两个线程，标准打印， 打印? //one two
* 2. 新增 Thread.sleep() 给 getOne() ,打印? //one two
* 3. 新增普通方法 getThree() , 打印? //three one two
* 4. 两个普通同步方法，两个 Number 对象，打印? //two one
* 5. 修改 getOne() 为静态同步方法，打印? //two one
* 6. 修改两个方法均为静态同步方法，一个 Number 对象? //one two
* 7. 一个静态同步方法，一个非静态同步方法，两个 Number 对象? //two one
* 8. 两个静态同步方法，两个 Number 对象? //one two
*
* 线程八锁的关键：
* ①非静态方法的锁默认为 this, 静态方法的锁为 对应的 Class 实例
* ②某一个时刻内，只能有一个线程持有锁，无论几个方法。
*/
public class TestThread8Monitor {
public static void main(String[] args) {
Number number = new Number();
Number number2 = new Number();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
number.getOne();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// number.getTwo();
number2.getTwo();
}
}).start();
/*new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
number.getThree();
}
}).start();*/
}
}
class Number{
public static synchronized void getOne(){//Number.class
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("one");
}
public synchronized void getTwo(){//this
System.out.println("two");
}
public void getThree(){
System.out.println("three");
}
}十一. 线程池
/*
* 一、线程池：提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。
*
* 二、线程池的体系结构：
* java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口
* |--**ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
* |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
* |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度
* |--ScheduledThreadPoolExecutor ：继承 ThreadPoolExecutor， 实现 ScheduledExecutorService
*
* 三、工具类 : Executors
* ExecutorService newFixedThreadPool() : 创建固定大小的线程池
* ExecutorService newCachedThreadPool() : 缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量。
* ExecutorService newSingleThreadExecutor() : 创建单个线程池。线程池中只有一个线程
*
* ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
*/
public class TestThreadPool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//1. 创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
List<Future<Integer>> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Future<Integer> future = pool.submit(new Callable<Integer>(){
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
sum += i;
}
return sum;
}
});
list.add(future);
}
pool.shutdown();
for (Future<Integer> future : list) {
System.out.println(future.get());
}
/*ThreadPoolDemo tpd = new ThreadPoolDemo();
//2. 为线程池中的线程分配任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pool.submit(tpd);
}
//3. 关闭线程池
pool.shutdown();*/
}
// new Thread(tpd).start();
// new Thread(tpd).start();
}
class ThreadPoolDemo implements Runnable{
private int i = 0;
@Override
public void run() {
while(i <= 100){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i++);
}
}
}十二. 线程调度
/*
* 一、线程池：提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。
*
* 二、线程池的体系结构：
* java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口
* |--**ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
* |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
* |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度
* |--ScheduledThreadPoolExecutor ：继承 ThreadPoolExecutor， 实现 ScheduledExecutorService
*
* 三、工具类 : Executors
* ExecutorService newFixedThreadPool() : 创建固定大小的线程池
* ExecutorService newCachedThreadPool() : 缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量。
* ExecutorService newSingleThreadExecutor() : 创建单个线程池。线程池中只有一个线程
*
* ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
*/
public class TestScheduledThreadPool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Future<Integer> result = pool.schedule(new Callable<Integer>(){
@Override
public Integer call() throws Exception {
int num = new Random().nextInt(100);//生成随机数
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + num);
return num;
}
}, 1, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println(result.get());
}
pool.shutdown();
}
}
十三. Fork/Join 框架
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。