java并发编程之美----学习笔记总揽1

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并发和并行
1.并发是指同一时间段内多个任务同时在执行，且都没有执行结束，而并行是指在单位时间内多个任务同时在执行。并发任务强调的是一个时间段内同时在执行，而一个时间段是由多个单位时间累积而成，所以说并发的多任务在单位时间内不一定同时执行。在单CPU的时代多个任务都是并发执行的，这是因为单个CPU同时只能执行一个任务
2.而在多线程编程实践中，线程的个数往往大于CPU的个数，所以一般都称多线程并发编程而不是多线程并行编程。
3.由于java中的线程是与操作系统的原生线程是一一对应的，所以当阻塞一个线程时，需要从用户态切换到内核态执行阻塞操作，这是很耗时的操作，而synchronized的使用就会导致上下文切换。
4.synchronized的一个内存语义，这个内存语义就可以解决共享变量内存可见性问题。进入synchronied块的内存语义就是把在synchronied块内使用到的变量从线程的工作内存中清除，这样在synchronized块内使用到该变量时就不会从线程的工作内存中获取了，而是直接从主内存中获取。推出synchronized块的内存语义就是把synchronized块内存对共享变量的修改刷新到主内存。除了结局共享变量可见效问题外，synchronized经常被用来实现原子性操作
5.volatile不会带来线程上下文的切换开销。而且volatile不保证原子性
6.java指令重排序，java内存模型允许编译器和处理器对指令重排序以提高运行性能，并且只会对不存在数据依赖性的指令重排序。写volatile变量时，可以确保volatile写之前的操作不会被编译器重新排序到volatile写之后。读volatile变量时，可以确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到读之前
7.伪共享---缓存一致性。缓存与内存交换数据的单位就是缓存行
8.悲观锁指对数据被外界修改持保守态度，认为数据很容易就会被其他线程修改，所以在数据被处理前先对数据进行加锁，并在整个数据处理过程中，使数据处于锁定状态。乐观锁是相对悲观锁来说的，它认为数据在一般情况下不会造成冲突，所以在访问记录之前不会加排他锁，而是在进行数据提交更新的时候，才会正式对数据冲突与否进行检测
9.弱一致性是指返回迭代器之后，其他线程对list的增删改对迭代器是不可见的
10.ConcurrentLinkedQueue是线程安全的无界非阻塞队列，其底层数据结构使用单向链表实现，对于入列和出队操作使用CAS来实现线程安全。每个元素被包装成一个node节点。队列是靠头、尾节点来维护的，创建队列时头、尾节点指向一个item为null的哨兵节点。第一次执行peek或者first操作时会把head指向第一个真正的队列元素。由于使用非阻塞cas算法，没有加锁，所以在计算size时有可能进行了offer、poll或者remove操作，导致计算的元素个数不精确，所以在并发情况下size函数不是很有用
11.独占锁实现的阻塞队列LinkedBlockingQueue。内部是通过单向链表实现的，使用头、尾节点来进行入列和出列操作，也就是入列操作都是对尾节点进行操作，出队操作都是对头节点操作。对尾、头节点的操作分别使用了单独的独占锁从而保证了原子性，所以出堆和入队时可以同时进行的。另外对头、尾节点的独占锁都配备了一个条件队列用来存放被阻塞的线程，并结合入队、出队操作实现了一个生产消费模型
12.有界数组实现的阻塞队列arrayblockingqueue。arrayblockingqueue使用全局独占锁实现了同时只能有一个线程进行入列和出队的操作，这个锁的粒度比较大，有点类似于在方法上添加synchronized的意思，其中offer和poll操作通过简单的加锁进行入列 出列操作，而put take操作则使用条件变量实现了，如果队列满则等待，如果队列空则等待，然后分别在出队和入队操作中发送信号激活等待线程实现同步。另外相比linkedblockingqueue，arrayblockingqueue的size操作的结果是精确的
13.priorityblockingqueue是带有优先级的无界阻塞队列，每次出队都返回优先级最高获赠个最低的元素。其内部是使用平衡二叉树堆实现的，所以直接遍历队列元素不保证有序。默认使用对象的compareto方法提供比较规则，也可以自定义comparator。队列内部使用二叉树堆维护元素优先级，使用数组作为元素存储的数据结构，这个数组是可扩容的。当当前元素个数>=最大容量时会通过CAS算法扩容，出队时始终保证出队的元素是堆树的根节点，而不是在队列里面停留时间最长的元素
14.delayqueue并发队列是一个无界阻塞延迟队列，队列中的每个元素都有个过期时间，当从队列获取元素时，只有过期元素才会出队列。队列头元素是最快要过期的元素。其内部使用了priorityqueue存放数据，使用reentrantLock实现线程同步，另外队列里面的元素实现delayed接口其中一个是获取当前元素到过期时间剩余时间的接口，在出队时判断元素是否过期了，一个是元素之间比较的接口，因为这是一个有优先级的队列
15.线程池主要解决了两个问题：一是当执行大量异步任务时线程池能够提供较好的性能。在不使用线程池时，每当需要执行异步任务时直接new一个线程来运行，而线程的创建和销毁是需要开销的。线程池里面的线程是可复用的，不需要每次执行异步任务时都重新创建和销毁线程。二是线程池提供了一种资源限制和管理的手段，比如可以限制线程的个数，动态新增线程等。每个threadpoolexecutor也保留了一些基本的统计数据，比如当前线程池完成的任务数目
16.RUNNING ： 接受新任务并且处理阻塞队列里的任务。
SHUTDOWN ：拒绝新任务但是处理阻塞队列里的任务。
STOP ：拒绝新任务并且抛弃阻塞队列里的任务，同时会中断正在处理的任务。
TIDYING ： 所有任务都执行完（包含阻塞队列里面的任务）后当前线程池活动线程
数为0 ， 将要调用terminated 方法。
TERMINATED ： 终止状态。terminated 方法调用完成以后的状态。
17.线程池参数如下。
• corePoolSize ：线程池核心线程个数。
• workQueue ：用于保存等待执行的任务的阻塞队列，比如基于数组的有界
ArrayBlockingQueue 、基于链表的无界LinkedBlockingQueue 、最多只有一个元素的
同步队列SynchronousQueue 及优先级队列PriorityB lockingQueue 等。
• maximunPoolSize ： 线程池最大线程数量。
• ThreadFactory ：创建线程的工厂。
• RejectedExecutionHandler ：饱和策略， 当队列满并且线程个数达到maximunPoolSize
后采取的策略， 比如AbortPolicy （抛出异常〉、CallerRunsPolicy （使用调用者所在
线程来运行任务） 、DiscardOldestPolicy （调用poll 丢弃一个任务，执行当前任务）
及DiscardPolicy （默默丢弃，不抛出异常〉
• keeyAliveTime ：存活时间。如果当前线程池中的线程数量比核心线程数量多，并且
是闲置状态， 则这些闲置的线程能存活的最大时间。
• TimeUnit ： 存活时间的时间单位。
19.线程池巧妙地使用一个Integer类型的原子变量来记录线程池状态和线程池中的线程个数。通过线程池状态来控制任务的执行，每个worker线程可以处理多个任务。线程池通过现场的复用减少现场创建和销毁的开销
20.fixed-delay类型的任务的执行原理为，当添加一个任务到延迟队列后，等待initialdelay时间，任务就会过期，过期的任务就会被从队列移除，并执行。执行完毕后，会重新设置任务的延迟时间，然后再把任务放入到延迟队列中，循环往复。需要注意的是，如果一个任务在执行中抛出了异常，那么这个任务就结束了，但是不影响其他任务的执行。
21.countdownlatch相比使用join方法来实现线程之间的同步更具有灵活性和方便性。他是使用aqs(abstractqueuesynchronizer抽象的队列式的同步器)，使用aqs的状态变量来存放计数器的值，首先在初始化countdoenlatch时设置状态值（计数器值），当多个线程调用countdown方法时实际是原子性递减aqs的状态值。当线程调用await方法之后当前线程会被放入到aqs的阻塞队列中等待计数器为0再返回。其他线程用countdown方法让计数器值递减1，当计数器值变为0时，当前线程还要调用aqs的doreleaseshared方法来激活由于调用await方法而被阻塞的线程
22.Timer：TaskQueue是一个由平衡二叉树实现的优先级队列，每个Timer对象内部有一个TaskQueue队列。用户线程调用Timer的schedule方法就是把TimerTask任务添加到TaskQueue队列。在调用schedule方法时，long delay参数来指明该任务延迟多少时间执行。TimerThread是具体执行任务的线程，他从TaskQueue队列中获取优先级最高的任务进行执行。需要注意的是，只有执行完了当前的任务才会从队列里获取下一个任务，而不管队列是否有任务已经到了设置的delay时间。一个Timer只哟一个TimerThread线程，所以可知Timer内部实现是一个多生产者-单消费者模型
23.当任务在执行过程中抛出InterruptedException 之外的异常时，唯一的消费线程就会因为抛出异常而终止，那么队列里的其他待执行的任务就会被清除。所以在TimerTask 的run 方法内最好使用町－catch 结构捕捉可能的异常，不要把异常抛到run 方法之外。其实要实现Timer 功能，使用ScheduledThreadPoo!Executor 的s chedule 是比较好的选择。如果ScheduledThreadPoolExecutor 中的一个任务抛出异常，其他任务则不受影响。
24.ScheduledThreadPoo!Executor 是并发包提供的组件， 其提供的功能包含但不限于Timer。Timer 是固定的多线程生产单线程消费， 但是ScheduledThreadPoolExecutor 是可以配置的， 既可以是多线程生产单线程消费也可以是多线程生产多线程消费，所以在日常开发中使用定时器功能时应该优先使用ScheduledThreadPoo!Executor 。
25.总结： ThreadLoca!Map 的Entry 中的key 使用的是对ThreadLocal 对象的弱引用，这在避免内存泄漏方面是一个进步，因为如果是强引用， 即使其他地方没有对ThreadLocal 对象的引用， ThreadLoca!Map 中的ThreadLocal 对象还是不会被回收， 而如果是弱引用则ThreadLocal 引用是会被回收掉的。但是对应的value 还是不能被回收，这时候ThreadLocalMap 里面就会存在key 为null 但是value 不为null 的entry 项， 虽然ThreadLocalMap 提供了set 、get 和remove 方法， 可以在一些时机下对这些Entry 项进行清理，但是这是不及时的， 也不是每次都会执行，所以在一些情况下还是会发生内存漏， 因此在使用完毕后及时调用remove 方法才是解决内存泄漏问题的王道。
总结：如果在线程池里面设置了ThreadLocal 变量，则一定要记得及时清理，因为线程池里面的核心线程是一直存在的，如果不清理，线程池的核心线程的threadLocals 变量会一直持有ThreadLocal 变量。