JUC并发编程

2年前 (2022) 程序员胖胖胖虎阿

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文章目录

JUC
- 1、什么是JUC
- 2、线程和进程
- 3、Lock锁
- - 3.1、传统Synchronized
  - 3.2、Lock 接口
  - 3.3、Synchronized 和 Lock 区别
- 4、生产者和消费者问题
- - 生产者和消费者问题 Synchronized 版
  - JUC版的生产者和消费者问题
  - Condition 精准的通知和唤醒线程
- 5、8锁现象
- 6、集合类不安全
- 7、Callable
- 8、常用的辅助类(必会)
- - 8.1、CountDownLatch
  - 8.2、CyclicBarrier
  - 8.3、Semaphore
- 9、读写锁
- 10、阻塞队列
- - **BlockingQueue**
  - SynchronousQueue 同步队列
- 11、线程池(重点)
- - 11.1、池化技术
  - 11.2、线程池：三大方法
  - 11.3、7大参数
  - 11.4、4种拒绝策略
  - 11.5、小结和拓展
- 12、四大函数式接口（必需掌握）
- - 12.1、函数式接口：
  - 12.2、断定型接口：
  - 12.3、Consumer 消费型接口
  - 12.4、Supplier 供给型接口
- 13、Stream流式计算
- - 什么是Stream流式计算
- 14、ForkJoin
- 15、异步回调
- 16、JMM
- - 什么是JMM
- 17、Volatile
- - 17.1、保证可见性
  - 17.2、不保证原子性
  - 17.3、指令重排
- 18、彻底玩转单例模式
- - 饿汉式
  - 懒汉式单例
  - 静态内部类
  - 枚举
- 19、深入理解CAS
- - 19.1、什么是 CAS
  - 19.2、Unsafe 类
  - 19.3、CAS ： ABA 问题（狸猫换太子）
- 20、原子引用
- 21、各种锁的理解
- - 21.1、公平锁、非公平锁
  - 21.2、可重入锁
  - 21.3、自旋锁
  - 21.4、死锁

JUC

1、什么是JUC

java.util.concurrent

JUC并发编程

Runnable 没有返回值、效率相比入 Callable 相对较低！

JUC并发编程

2、线程和进程

进程：一个程序，QQ.exe，music.exe 程序的集合，

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？ 2个，mian、GC

开启线程，对于Java而言：Thread、Runnable、Callable

Java 真的可以开启线程吗？ 开不了

    public synchronized void start() {
        if (this.threadStatus != 0) {
            throw new IllegalThreadStateException();
        } else {
            this.group.add(this);
            boolean var1 = false;

            try {
                this.start0();
                var1 = true;
            } finally {
                try {
                    if (!var1) {
                        this.group.threadStartFailed(this);
                    }
                } catch (Throwable var8) {
                }

            }

        }
    }
	//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

CPU一核，模拟出来多条线程，天下武功，为快不破，快速交替

并行（多个人一起行走）

CPU多核，多个线程可以同时执行；线程池

public class Test1 {
    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的资源

线程有几个状态

public static enum State {
    //新生
    NEW,
    //运行
    RUNNABLE,
    //阻塞
    BLOCKED,
    //等等，死死地等待
    WAITING,
    //超时等待
    TIMED_WAITING,
    //终止
    TERMINATED;

    private State() {
    }
}

wait/sleep 区别

1、来自不同的类

wait = > Object
sleep => Thread

2、关于锁的释放

wait会释放锁，sleep睡觉了，抱着锁睡觉，不会释放！

3、使用的范围是不同的

wait 必须在同步代码块中
sleep：可以在任何敌方睡

4、是否需要捕获异常

wait 不需要捕获异常
sleep 必须要捕获异常

3、Lock锁

3.1、传统Synchronized

package com.su.demo01;

// 基本的买票例子

/**
 * 真正的多线程开发，公司中的开发
 * 线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作！
 * 1、 属性、方法
 */
public class SaleTicketDemo01 {
    // 并发：多线程操作同一个资源类
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                ticket.sale();
            }
        }, "C").start();
    }
}

// 资源类  OOP
class Ticket{
    // 属性、方法
    private int number = 50;

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

3.2、Lock 接口

JUC并发编程

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 真正的多线程开发，公司中的开发
 * 线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作！
 * 1、 属性、方法
 */
public class SaleTicketDemo02 {
    // 并发：多线程操作同一个资源类
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();

        new Thread(()->{for (int i = 1; i < 40 ; i++) ticket.sale();},"A").start();
        new Thread(()->{for (int i = 1; i < 40 ; i++) ticket.sale();},"B").start();
        new Thread(()->{for (int i = 1; i < 40 ; i++) ticket.sale();},"C").start();
    }
}

// Lock三部曲
// 1、 new ReentrantLock();
// 2、 lock.lock(); // 加锁
// 3、 finally=> lock.unlock(); // 解锁
class Ticket2 {
    // 属性、方法
    private int number = 30;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    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
        }
    }
}

3.3、Synchronized 和 Lock 区别

1、Synchronized 内置的Java关键字，Lock是一个java类

2、Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是获取到了锁

3、Synchronized 会自动释放锁，Lick必须要手动释放锁！如果不释放就会死锁

4、Synchronized 线程1（获得锁，阻塞）、线程2（等待，傻傻的等）；Lock锁就不一定会等待下去

5、Synchronized 可重入锁，不可以中段的，非公平；Lock，可重入锁，可以判断锁，非公平（可以自己设置）

6、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？

4、生产者和消费者问题

生产者和消费者问题 Synchronized 版

import java.util.Date;
/**
 * 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题
 *  线程交替执行 A B 操作同一个变量
 */
public class A {
    public static void main(String[] args) {
        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();
    }
}


// 判断等待，业务，通知
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+1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-1完毕了
        this.notifyAll();
    }
}

问题存在，A B C D 4 个线程！虚假唤醒

public static void main(String[] args) {
        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();
        
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"C").start();

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

JUC并发编程

解决方法：if 改为 while 判断

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

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

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


// 判断等待，业务，通知
class Data{
    private int number = 0;

    //+1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while (number !=0){
            // 等待
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
        // 通知其他线程，我+1完毕了
        this.notifyAll();
    }

    //-1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        while (number == 0){
            //等待
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
        //通知其他线程，我-1完毕了
        this.notifyAll();
    }
}

JUC版的生产者和消费者问题

JUC并发编程

通过Lock 找到 Condition

JUC并发编程

代码实现：

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

public class B {
    public static void main(String[] args) {
        Data2 data2 = new Data2();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data2.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data2.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data2.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"C").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data2.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"D").start();
    }
}


class Data2{
    private int number = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();

    //+1
    public  void increment() throws InterruptedException {
        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+1完毕了
            condition.signalAll();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    //-1
    public  void decrement() throws InterruptedException {
        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-1完毕了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

问题： JUC并发编程

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 精准的通知和唤醒线程

代码实现：

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

/*
  A 执行完调用B ，B执行完调用C， C执行完调用A
 */
public class C {
    public static void main(String[] args) {
        Data3 data = new Data3();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.printA();
            }
        }).start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.printB();
            }
        }).start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                data.printC();
            }
        }).start();

    }
}

class Data3{
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int number =1;

    public void printA(){
        lock.lock();
        try {
            while (number!=1){
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAAAAAAAA");
            number = 2;
            condition2.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public void printB(){
        lock.lock();
        try {
            while (number!=2){
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBBBBBB");
            number = 3;
            condition2.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }

    public void printC(){
        lock.lock();
        try {
            while (number!=3){
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>CCCCCCCCCCCCC");
            number = 1;
            condition3.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

5、8锁现象

如何判断锁的是谁！永远的知道什么锁，锁到底锁的是谁！

深刻理解我们的锁

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁， 就是关于锁的8个问题
    1、 标准情况下，两个线程先打印 发短信还是打电话？  ---> 1发短信 2打电话
    2、sendSms延迟4s，两线线程先打印？
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();

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

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

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

class Phone{

    // Synchronized  锁的对象是方法的调用者
    // 两个方法用的是用一个锁，谁先拿到谁执行

    public synchronized void sendSms(){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call(){
        System.out.println("打电话");
    }
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁， 就是关于锁的8个问题
    1、 标准情况下，两个线程先打印 发短信还是打电话？  ---> 1发短信 2打电话
    2、 sendSms延迟4s，两线线程先打印？  1发短信
    3、 增加了一个普通方法后！先执行发短息还是Hello？ hello
    4、 两个对象，两个同步方法？  先执行？  打电话
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        Phone2 phone2 = new Phone2();

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

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

        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"B").start();
    }
}

class Phone2{

    // Synchronized  锁的对象是方法的调用者
    // 两个方法用的是用一个锁，谁先拿到谁执行

    public synchronized void sendSms(){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public synchronized void call(){
        System.out.println("打电话");
    }

    // 这里没有锁！不受锁的影响
    public void hello(){
        System.out.println("hello");
    }
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁， 就是关于锁的8个问题
    1、 标准情况下，两个线程先打印 发短信还是打电话？  ---> 1发短信 2打电话
    2、 sendSms延迟4s，两线线程先打印？  1发短信
    3、 增加了一个普通方法后！先执行发短息还是Hello？ hello
    4、 两个对象，两个同步方法？  先执行？  打电话
    5、 增加两个静态的同步方法，只有一个对象 先？  发短信
    6、 两个对象，两个静态的同步方法，先？  打电话
 */
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象的Class类模板只有一个，static，锁的就是Class
        Phone3 phone = new Phone3();
        Phone3 phone3 = new Phone3();

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

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

        new Thread(()->{
            phone3.call();
        },"B").start();
    }
}

class Phone3{

    // Synchronized  锁的对象是方法的调用者
    // 两个方法用的是用一个锁，谁先拿到谁执行
    // static 静态方法
    // 类一加载就有了！ 锁的是Class
    public static synchronized void sendSms(){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    public static synchronized void call(){
        System.out.println("打电话");
    }

    // 这里没有锁！不受锁的影响
    public void hello(){
        System.out.println("hello");
    }
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*
    8锁， 就是关于锁的8个问题
    1、 标准情况下，两个线程先打印 发短信还是打电话？  ---> 1发短信 2打电话
    2、 sendSms延迟4s，两线线程先打印？  1发短信
    3、 增加了一个普通方法后！先执行发短息还是Hello？ hello
    4、 两个对象，两个同步方法？  先执行？  打电话
    5、 增加两个静态的同步方法，只有一个对象 先？  发短信
    6、 两个对象，两个静态的同步方法，先？  打电话
    7、 1个静态的同步方法， 1个普通的同步方法，一个对象，先？  打电话
    8、 1个静态的同步方法， 1个普通的同步方法，两个对象，先？   打电话
 */
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone4 phone1 = new Phone4();
        Phone4 phone2 = new Phone4();

        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();

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

        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"B").start();
    }
}

class Phone4{

    // Synchronized  锁的对象是方法的调用者
    // 两个方法用的是用一个锁，谁先拿到谁执行
    // static 静态方法
    // 类一加载就有了！ 锁的是Class类模板
    public static synchronized void sendSms(){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    //普通的同步方法，锁的是调用者
    public synchronized void call(){
        System.out.println("打电话");
    }

    // 这里没有锁！不受锁的影响
    public void hello(){
        System.out.println("hello");
    }
}

小结：

new this 具体的一个手机

static Class 唯一的模板

6、集合类不安全

public class ListTest {   
    public static void main(String[] args) {       
        List<String> list = new ArrayList<>();        
        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();       
        }    
    }
}

JUC并发编程

java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发下 ArrayList 不安全，Synchronized

        /**
         * 解决方案：
         * 1、List<String> list = new Vector<>();
         * 2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         * 3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
         */

        // CopyOnWrite 写入时复制   COW  计算机程序设计领域的一种优化策略
        // 多个线程调用的时候，list，读取的时候，固定的，写入（覆盖）
        // 在写入的时候避免覆盖，造成数据问题
        // 读写分离
        // CopyOnWriteArrayList  比 Vector  nb在哪里？
        List<String> 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

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;


/**
 * 同理可证   ConcurrentModificationException
 * 1、 Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
 * 2、 Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
 */
public class SetTest {

    public static void main(String[] args) {
//        Set<String> set = new HashSet<>();
//        Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(()->{
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(set);
            }).start();
        }
    }
}

HashSet底层是什么？

public HashSet(){    
    map = new HashMap<>();
}
public boolean add(E var1) {        
    return this.map.put(var1, PRESENT) == null;
}
private static final Object PRESENT = new Object();  // 不变的值！

Map 不安全

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

// ConcurrentModificationException
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // map 是这样用的吗？  不是，工作中不用 HashMap
        // 默认等价于什么？   new  HashMap<>(16, 0.75)

//        Map<String, String> map = new HashMap<>();

        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(map);
            }).start();
        }
    }
}

7、Callable

JUC并发编程

1、可以有返回值

2、可以抛出异常

3、方法不同，run()/ call()

JUC并发编程

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableTest {
	public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
		// new Thread(new Runnable()).start();
		// new Thread(new FutureTask<V>()).start();
		// new Thread(new FutureTask<V>( Callable )).start();

		new Thread().start(); // 怎么启动Callable

		MyThread thread = new MyThread();
		FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(thread); // 适配类
		new Thread(futureTask, "A").start();
		new Thread(futureTask, "B").start(); // 结果会被缓存，效率高
		// 获取callable 的返回结果
		String o = (String) futureTask.get(); //这个get 方法可能会产生阻塞！把他放到最后
		// 或者使用异步通信来处理！

		System.out.println(o);

	}
}

/**
 * 传统的方式
 */
//class MyThread implements Runnable{
//	@Override
//	public void run() {
//	}
//}

class MyThread implements Callable<String> {

	@Override
	public String call() throws Exception {
		System.out.println("call()");
		return "1024";
	}
}

JUC并发编程

细节：

1、有缓存

2、结果可能需要等待，会阻塞！

8、常用的辅助类(必会)

8.1、CountDownLatch

JUC并发编程

// 计数器
public class CountDownLatchDemo {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		// 总数是6，必须要执行任务的时候，再使用！
		CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

		for (int i = 0; i < 6; i++) {
			new Thread(() -> {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " GO out");
				countDownLatch.countDown();  // 数量-1
			}, String.valueOf(i)).start();
		}

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

		System.out.println("Close door");
	}
}

JUC并发编程

原理：
countDownLatch.countDown(); // 数量-1

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

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

8.2、CyclicBarrier

JUC并发编程

加法计数器

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
	public static void main(String[] args) {
		/*
		 * 集齐7颗龙珠召唤神龙
		 */
		// 召唤神龙的线程
		CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> {
			System.out.println("召唤神龙成功！");
		});

		for (int i = 0; i < 7; i++) {
			// lambda 能操作到 i 吗
			final int temp = i;
			new Thread(() -> {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + temp + "个龙珠");

				try {
					cyclicBarrier.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				} catch (BrokenBarrierException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}).start();
		}
	}
}

JUC并发编程

8.3、Semaphore

Semaphore：信号量

JUC并发编程

抢车位！

6车—3个停车位置

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

		for (int i = 0; i < 6; i++) {
			new Thread(() -> {
				// acquire() 得到
				try {
					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 {
					semaphore.release();
				}
				// release() 释放

			}, String.valueOf(i)).start();
		}
	}
}

JUC并发编程

原理：

semaphore.acquire() 获得，假设如果已经满了，等待，等待被释放为止！

semaphore.release(); 释放，会将当前的信号量释放 + 1，然后唤醒等待的线程！

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！

9、读写锁

ReadWriteLock

JUC并发编程

/** * ReadWriteLock */
public class ReadWriteLockDemo {   
    public static void main(String[] args) {      
        MyCache myCache = new MyCache();      
        for (int i = 0; i < 5; i++) {         
            final int temp = i;         
            new Thread(() -> {            
                myCache.put(temp + "", temp + "");         
            }, String.valueOf(i)).start();      
        }      
        for (int i = 0; i < 5; i++) {         
            final int temp = i;         
            new Thread(() -> {            
                myCache.get(temp + "");         
            }, String.valueOf(i)).start();      
        }   
    }
}

/** * 自定义缓存 */
class MyCache {   
    private volatile Map<String, Object> 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ok");   
    }   
    // 取，读   
    public void get(String key) {     
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);      
        Object o = map.get(key);      
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok");   
    }
}

JUC并发编程

发现写入的时候被插队了

加上读写锁

/**
 * 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有
 * 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有
 * ReadWriteLock
 * 读-读 可以共存！
 * 读-写 不能共存！
 * 写-写 不能共存！
 */
public class ReadWriteLockDemo {
	public static void main(String[] args) {
		MyCacheLock myCache = new MyCacheLock();

		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			final int temp = i;
			new Thread(() -> {
				myCache.put(temp + "", temp + "");
			}, String.valueOf(i)).start();
		}

		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			final int temp = i;
			new Thread(() -> {
				myCache.get(temp + "");
			}, String.valueOf(i)).start();
		}
	}
}


/**
 * 加锁的
 */
class MyCacheLock {

	private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
	// 读写锁：更加细粒度的控制
	private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

	// 存，写入的时候，只希望同时只有一个线程写
	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ok");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			readWriteLock.writeLock().unlock();
		}

	}

	// 取，读, 所有人都可以读
	public void get(String key) {
		readWriteLock.readLock().lock();
		try {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
			Object o = map.get(key);
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			readWriteLock.readLock().unlock();
		}

	}
}

/**
 * 自定义缓存
 */
class MyCache {

	private volatile Map<String, Object> 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ok");
	}

	// 取，读
	public void get(String key) {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + key);
		Object o = map.get(key);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok");
	}
}

JUC并发编程

10、阻塞队列

JUC并发编程

阻塞队列：

JUC并发编程

BlockingQueue

BlockingQueue 不是新的东西

JUC并发编程

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

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(,)
移除	remove	poll()	take()	poll(,)
检测队首元素	element	peek	-	-

/**
 * 抛出异常
 */
public static void test1() {

   ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue(3);

   System.out.println(blockingQueue.add("a"));
   System.out.println(blockingQueue.add("b"));
   System.out.println(blockingQueue.add("c"));
   // IllegalStateException: Queue full 抛出异常！
   // System.out.println(blockingQueue.add("d"));

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

   System.out.println(blockingQueue.remove());
   System.out.println(blockingQueue.remove());
   System.out.println(blockingQueue.remove());
   // java.util.NoSuchElementException 抛出异常！
   // System.out.println(blockingQueue.remove());
}

/**
 * 有返回值，没有异常
 */
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"));
   // System.out.println(blockingQueue.offer("d")); // false 不抛出异常
   // ！
   System.out.println("============================");
   
   System.out.println(blockingQueue.poll());
   System.out.println(blockingQueue.poll());
   System.out.println(blockingQueue.poll());
   System.out.println(blockingQueue.poll()); // null 不抛出异常！
}

/**
 * 等待，阻塞（等待超时）
 */
public static void test4() throws InterruptedException {
   // 队列的大小
   ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
   blockingQueue.offer("a");
   blockingQueue.offer("b");
   blockingQueue.offer("c");
   // blockingQueue.offer("d",2,TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出
   
   System.out.println("===============");
   
   System.out.println(blockingQueue.poll());
   System.out.println(blockingQueue.poll());
   System.out.println(blockingQueue.poll());
   blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出
}

SynchronousQueue 同步队列

没有容量，

进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素！

put、take

/**
 * 同步队列
 * 和其他的BlockingQueue 不一样，SynchronousQueue 不存储元素
 * put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能再put进去值
 */
public class SynchronousQueueDemo {
   public static void main(String[] args) {
      SynchronousQueue<String> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>(); //同步队列

      new Thread(() -> {

         try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 1");
            synchronousQueue.put("1");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 2");
            synchronousQueue.put("2");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put 3");
            synchronousQueue.put("3");
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }, "T1").start();

      new Thread(() -> {
         try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }, "T2").start();
   }
}

JUC并发编程

11、线程池(重点)

线程池：三大方法、7大参数、4种拒绝策略

11.1、池化技术

程序的运行，本质：占用系统的资源！优化资源的使用！=>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，有人要用，就来我这里拿，用完之后还给我。

线程池的好处:

1、降低资源的消耗

2、提高响应的速度

3、方便管理。

线程复用、可以控制最大并发数、管理线程

11.2、线程池：三大方法

JUC并发编程

// Executors 工具类、3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的大小
//    ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 可伸缩的，遇强则强，遇弱则弱

      try {
         for (int i = 0; i < 100; i++) {
            // 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
            threadPool.execute(() -> {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
            });
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      } finally {
         // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
         threadPool.shutdown();
      }
   }
}

11.3、7大参数

源码分析

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

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int var0) {
        return new ThreadPoolExecutor(var0, var0, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue());
    }

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, 2147483647, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue());
    }

本质：ThreadPoolExecutor
    
    /**
	 * @param corePoolSize    // 核心线程池大小
	 * @param maximumPoolSize // 最大核心线程池大小
	 * @param keepAliveTime   // 超市了没有人调用就会释放
	 * @param unit            // 超市单位
	 * @param workQueue       // 阻塞队列
	 * @param threadFactory   // 线程工厂：创建线程的，一般不用动
	 * @param handler         // 拒绝策略
	 */
    public ThreadPoolExecutor(int var1, int var2, long var3, TimeUnit var5, BlockingQueue<Runnable> var6, ThreadFactory var7, RejectedExecutionHandler var8) {
        this.ctl = new AtomicInteger(ctlOf(-536870912, 0));
        this.mainLock = new ReentrantLock();
        this.workers = new HashSet();
        this.termination = this.mainLock.newCondition();
        if (var1 >= 0 && var2 > 0 && var2 >= var1 && var3 >= 0L) {
            if (var6 != null && var7 != null && var8 != null) {
                this.corePoolSize = var1;
                this.maximumPoolSize = var2;
                this.workQueue = var6;
                this.keepAliveTime = var5.toNanos(var3);
                this.threadFactory = var7;
                this.handler = var8;
            } else {
                throw new NullPointerException();
            }
        } else {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
    }

JUC并发编程

手动创建线程池

/**
 * 手动创建线程池
 * new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()        // 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常
 * new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()    // 哪来的去哪里！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()       // 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()  // 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！
 */
public class Demo02 {
   public static void main(String[] args) {
      ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
            2,
            5,
            3,
            TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingDeque<>(3),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
      );

      try {
         // 最大承载：Deque + max
         // 超过 RejectedExecutionException
         for (int i = 1; i <= 8; i++) {
            // 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
            threadPool.execute(() -> {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
            });
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      } finally {
         // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
         threadPool.shutdown();
      }
   }
}

11.4、4种拒绝策略

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/**
 * 
 * new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()        // 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常
 * new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()    // 哪来的去哪里！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()       // 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()  // 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！
 */

11.5、小结和拓展

池的最大的大小如何去设置！

了解：IO密集型，CPU密集型：（调优）

public class Demo02 {
   public static void main(String[] args) {
      // 自定义线程池！工作 ThreadPoolExecutor

      // 最大线程到底该如何定义
      // 1、CPU 密集型，几核，就是几，可以保持CPu的效率最高！
      // 2、IO 密集型 > 判断你程序中十分耗IO的线程，
      // 程序 15个大型任务 io十分占用资源！

      // 获取cpu的核数
      System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

      ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
            2,
            Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
            3,
            TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingDeque<>(3),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
      );

      try {
         // 最大承载：Deque + max
         // 超过 RejectedExecutionException
         for (int i = 1; i <= 8; i++) {
            // 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
            threadPool.execute(() -> {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
            });
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      } finally {
         // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
         threadPool.shutdown();
      }
   }
}

12、四大函数式接口（必需掌握）

新时代的程序员：lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算

12.1、函数式接口：

只有一个方法的接口

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
	public abstract void run();
}

// 泛型、枚举、反射
// lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
// 超级多FunctionalInterface
// 简化编程模型，在新版本的框架底层大量应用！
// foreach(消费者类型的函数式接口)

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代码测试：

Function函数式接口

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/**
 * function 函数型接口，有一个输入参数，有一个返回类型
 * 只要是 函数型接口 可以 用 lambda表达式简化
 */
public class Demo01 {
   public static void main(String[] args) {

//    Function<String, String> function = new Function<String, String>() {
//       @Override
//       public String apply(String str) {
//          return str;
//       }
//    };

//    Function<String, String> function = (Function<String, String>) str -> {
//       return str;
//    };

//    Function<String, String> function = (str) -> {
//       return str;
//    };

      Function<String, String> function = str -> str;

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

12.2、断定型接口：

有一个输入参数，返回值只能是布尔值！

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/**
 * 断定型接口：有一个输入参数，返回值只能时 布尔值！
 */
public class Demo02 {
   public static void main(String[] args) {
      // 判断字符串是否为空
//    Predicate<String> predicate = new Predicate<String>() {
//       @Override
//       public boolean test(String str) {
//          return str.isEmpty();
//       }
//    };

      Predicate<String> predicate = str -> str.isEmpty();

      System.out.println(predicate.test(""));
   }
}

12.3、Consumer 消费型接口

只有输入，没有返回值

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/**
 * Consumer 消费型接口: 只有输入，没有返回值
 */
public class Demo03 {
   public static void main(String[] args) {
//    Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {
//       @Override
//       public void accept(String str) {
//          System.out.println(str);
//       }
//    };

      Consumer<String> consumer = str -> System.out.println(str);

      consumer.accept("consumer");
   }
}

12.4、Supplier 供给型接口

没有参数，只有返回值

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/**
 * Supplier 供给型接口 没有参数，只有返回值
 */
public class Demo04 {
   public static void main(String[] args) {
//    Supplier<String> supplier = new Supplier<String>() {
//       @Override
//       public String get() {
//          return "1024";
//       }
//    };

      Supplier<String> supplier = () -> "1024";

      System.out.println(supplier.get());
   }
}

13、Stream流式计算

什么是Stream流式计算

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作

大数据时代：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操作！

JUC并发编程

/**
 * 题目要求：一分钟内完成此题，只能用一行代码实现！
 * 现在有5个用户！筛选：
 * 1、ID 必须是偶数
 * 2、年龄必须大于23岁
 * 3、用户名转为大写字母
 * 4、用户名字母倒着排序
 * 5、只输出一个用户！
 */
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		User u1 = new User(1, "a", 21);
		User u2 = new User(2, "b", 22);
		User u3 = new User(3, "c", 23);
		User u4 = new User(4, "d", 24);
		User u5 = new User(5, "e", 25);
		// 集合就是存储
		List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);

		// 计算交给stream流
		// lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
		
//		list.stream()
//				.filter(u -> u.getId() % 2 == 0)
//				.filter(u -> u.getAge() > 23)
//				.peek(user -> user.setName(user.getName().toUpperCase()))
//				.sorted((user1, user2) -> user1.getName().compareTo(user2.getName()))
//				.limit(1)
//				.forEach(System.out::println);
		
		list.stream()
				.filter(u -> u.getId() % 2 == 0)
				.filter(u -> u.getAge() > 23)
				.peek(user -> user.setName(user.getName().toUpperCase()))
				.sorted(Comparator.comparing(User::getName))
				.limit(1)
				.forEach(System.out::println);

	}
}

14、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 （把大任务拆分为小任务）

JUC并发编程

ForkJoin 特点：工作窃取

这个里面维护的都是双端队列

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ForkJoin

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/**
 * 求和计算的任务！
 * 3000 6000（ForkJoin） 9000（Stream并行流）
 * // 如何使用 forkjoin
 * // 1、forkjoinPool 通过它来执行
 * // 2、计算任务 forkjoinPool.execute(ForkJoinTask task)
 * // 3. 计算类要继承 ForkJoinTask
 */
public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {

   private Long start;
   private Long end;

   // 临界值
   private Long temp = 10000L;

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

   // 计算方法
   @Override
   protected Long compute() {
      if ((end - start) > 0) {
         Long sum = 0L;
         for (Long i = start; i <= end; i++) {
            sum += i;
         }
         return sum;
      } else { // forkjoin 递归
         long middle = (start + end) / 2; // 中间值
         ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, middle);
         task1.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列
         ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(middle + 1, end);
         task2.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列
         return task1.join() + task2.join();
      }

   }
}

测试

/**
 * 同一个任务，别人效率高你几十倍！
 */
public class Test {
   public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
      test1(); // 5650
      test2(); // 4971
      test3(); // 153
   }

   // 普通程序员
   public static void test1() {
      Long sum = 0L;
      long start = System.currentTimeMillis();
      for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000; i++) {
         sum += i;
      }
      long end = System.currentTimeMillis();
      System.out.println("sum=" + sum + " 时间:" + (end - start));
   }

   // 会使用ForkJoin
   public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
      long start = System.currentTimeMillis();
      ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
      ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(0L, 10_0000_0000L);
      ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);
      Long sum = submit.get();
      long end = System.currentTimeMillis();

      System.out.println("sum=" + sum + " 时间:" + (end - start));
   }

   public static void test3() {
      long start = System.currentTimeMillis();
      // Stream并行流 () (]
      long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
      long end = System.currentTimeMillis();

      System.out.println("sum=" + sum + " 时间:" + (end - start));
   }

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15、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

JUC并发编程

/**
 * 异步调用： CompletableFuture
 * // 异步执行
 * // 成功回调
 * // 失败回调
 */
public class Demo01 {
   public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
      // 没有返回值的 runAsync 异步回调
//    CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
//       try {
//          TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
//       } catch (InterruptedException e) {
//          e.printStackTrace();
//       }
//       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "runAsync=>Void");
//    });
//
//    System.out.println("111111");
//    completableFuture.get();   // 获取阻塞执行结果

      // 有返回值的 supplyAsync 异步回调
      // ajax，成功和失败的回调
      // 返回的是错误信息；
      CompletableFuture<Object> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "supplyAsync=>Integer");
         int i = 10 / 0;
         return 1024;
      });

      System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
         System.out.println("t=>" + t);  // 正常的返回结果
         System.out.println("u=>" + u);  // 错误信息 java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
      }).exceptionally((e) -> {
         e.printStackTrace();
         return 233;  // 可以获取到错误的返回信息
      }).get());
   }
}

16、JMM

请你谈谈你对 Volatile 的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供的轻量级的同步机制

1、保证可见性

2、不保证原子性

3、禁止指令重排

什么是JMM

JMM（Java memory model）： 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：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。

2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！

3、加锁和解锁是同一把锁

线程工作内存、主内存

8种操作：

JUC并发编程

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外）

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

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

问题：程序不知道主内存的值已经被修改过了

public class JMMDemo {
   private static int num = 0;
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      new Thread(() -> {
         while (num == 0) {

         }
      }).start();
      num = 1;
      TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
      System.out.println(num);
   }
}

输出结果了，但是程序没有停

JUC并发编程

17、Volatile

17.1、保证可见性

public class JMMDemo {
   // 不加 volatile 程序就会死循环
   // 加 volatile 可以保证可见性
   private volatile static int num = 0;

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      new Thread(() -> { // 线程1 对主内存的变化不知道的
         while (num == 0) {

         }
      }).start();
      num = 1;
      TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
      System.out.println(num);
   }
}

17.2、不保证原子性

原子性 : 不可分割

线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败。

// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {

   // volatile 不保证原子性
   private volatile static int num = 0;

   public static void add() {
      num++;  // 不是一个原子性操作
   }

   public static void main(String[] args) {
      for (int i = 0; i < 20; i++) {
         new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
               add();
            }
         }).start();
      }

      while (Thread.activeCount() > 2) {  // main gc
         Thread.yield();
      }

      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
   }
}

如果不加 lock 和 synchronized ，怎么样保证原子性

JUC并发编程

使用原子类，解决原子性问题

JUC并发编程

public class VDemo03 {
   // volatile 不保证原子性
   // 原子类的 Integer
   private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

   public static void add() {
//    num++;  // 不是一个原子性操作
      num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法， CAS
   }

   public static void main(String[] args) {
      for (int i = 0; i < 20; i++) {
         new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
               add();
            }
         }).start();
      }

      while (Thread.activeCount() > 2) {  // main gc
         Thread.yield();
      }

      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + 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！

17.3、指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

源代码–>编译器优化的重排–> 指令并行也可能会重排–> 内存系统也会重排—> 执行

处理器在进行指令重排的时候，考虑：数据之间的依赖性！

int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3
y = x * x; // 4

我们所期望的：1234 但是可能执行的时候回变成 2134 1324
可不可能是 4123！

可能造成影响的结果： a b x y 这四个值默认都是 0；

线程A	线程B
x=a	y=b
b=1	a=2

正常的结果： x = 0；y = 0；但是可能由于指令重排

线程A	线程B
b=1	a=2
x=a	y=b

指令重排导致的诡异结果： x = 2；y = 1；

非计算机专业

volatile可以避免指令重排：

内存屏障。CPU指令。作用：

1、保证特定的操作的执行顺序！

2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性）

JUC并发编程

Volatile 是可以保持可见性。不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

18、彻底玩转单例模式

饿汉式 DCL懒汉式，探究！

饿汉式

// 饿汉式单例
public class Hungry {

   // 可能会浪费空间
   private byte[] data1 = new byte[1024 * 1024];
   private byte[] data2 = new byte[1024 * 1024];
   private byte[] data3 = new byte[1024 * 1024];
   private byte[] data4 = new byte[1024 * 1024];

   private Hungry() {

   }

   private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();

   public static Hungry getInstance() {
      return HUNGRY;
   }
}

懒汉式单例

//懒汉式单例
// 道高一尺魔高一丈
public class LazyMan {

   private static boolean qinjiang = false;

   public LazyMan() {
      synchronized (LazyMan.class) {
         if (qinjiang == false) {
            qinjiang = true;
         } else {
            throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
         }
      }
   }

   private volatile static LazyMan lazyMan;

   // 双重检测锁模式的 懒汉式单例 DCL 懒汉式
   public static LazyMan getInstance() {
      if (lazyMan == null) {
         synchronized (LazyMan.class) {
            if (lazyMan == null) {
               lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作
               /**
                * 1. 分配内存空间
                * 2. 执行构造方法，初始化对象
                * 3. 把这个对象指向这个空间
                */
            }
         }
      }
      return lazyMan;
   }

   // 反射！
   public static void main(String[] args) throws Exception {
//    LazyMan instance = LazyMan.getInstance();

      Field qinjiang = LazyMan.class.getDeclaredField("qinjiang");
      qinjiang.setAccessible(true);


      Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
      declaredConstructor.setAccessible(true);
      LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();

      qinjiang.set(instance, false);

      LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();

      System.out.println(instance);
      System.out.println(instance2);
   }
}

静态内部类

public class Holder {

   private Holder() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "ok");
   }

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

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

单例不安全，有反射

枚举

// enum 是一个什么？ 本身也是一个Class类
public enum EnumSingle {

   INSTANCE;

   public EnumSingle getInstance() {
      return INSTANCE;
   }

}

class Test {
   public static void main(String[] args) throws Exception {
      EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;

      Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
      declaredConstructor.setAccessible(true);
      EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();

      System.out.println(instance1);
      // NoSuchMethodException: com.kuang.single.EnumSingle.<init>()
      System.out.println(instance2);
   }
}

JUC并发编程

枚举类型的最终反编译源码：

// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3)
// Source File Name: EnumSingle.java
package com.kuang.single;
public final class EnumSingle extends Enum
{
    public static EnumSingle[] values()
    {
        return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
    }
    public static EnumSingle valueOf(String name)
    {
        return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/kuang/single/EnumSingle, name);
    }
    private EnumSingle(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }
    public EnumSingle getInstance()
    {
        return INSTANCE;
    }
    public static final EnumSingle INSTANCE;
    private static final EnumSingle $VALUES[];
    static
    {
        INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
        $VALUES = (new EnumSingle[] {
            INSTANCE
        });
    }
}

19、深入理解CAS

19.1、什么是 CAS

大厂你必须要深入研究底层！有所突破！修内功，操作系统，计算机网络原理

public class CASDemo {
   public static void main(String[] args) {
      AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

      // 期望、更新
      // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
      // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！
      System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
      System.out.println(atomicInteger.get());
      atomicInteger.getAndIncrement();
      System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
      System.out.println(atomicInteger.get());
   }
}

19.2、Unsafe 类

JUC并发编程

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！

缺点：

1、循环会耗时

2、一次性只能保证一个共享变量的原子性

3、ABA问题

19.3、CAS ： ABA 问题（狸猫换太子）

JUC并发编程

public class CASDemo {
   public static void main(String[] args) {
      AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

      // 期望、更新
      // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
      // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！
      // ============== 捣乱的线程 ==================
      System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
      System.out.println(atomicInteger.get());

      System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
      System.out.println(atomicInteger.get());

      // ============== 期望的线程 ==================
      System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666));
      System.out.println(atomicInteger.get());
   }
}

20、原子引用

解决ABA 问题，引入原子引用！对应的思想：乐观锁！

带版本号的原子操作！

public class CASDemo {
   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
       
       // 正常在业务操作中，这里面比较的都是一个个对象
      AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);

      new Thread(() -> {
         int stamp = atomicStampedReference.getStamp();  // 获得版本号
         System.out.println("a1=>" + stamp);

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

         System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2,
               atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
         System.out.println("a2=>" + stamp);
         System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1,
               atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));
         System.out.println("a3=>" + atomicStampedReference.getStamp());
      }, "a").start();

      // 乐观锁的原理相同
      new Thread(() -> {
         int stamp = atomicStampedReference.getStamp();  // 获得版本号
         System.out.println("b1=>" + atomicStampedReference.getStamp());

         try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }

         System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6, stamp, stamp + 1));
         System.out.println("b2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
      }, "b").start();
   }
}

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；

JUC并发编程

21、各种锁的理解

21.1、公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能够插队，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）

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

21.2、可重入锁

可重入锁（递归锁）

JUC并发编程

Synchronized

public class Demo01 {
   public static void main(String[] args) {
      Phone phone = new Phone();

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

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

class Phone {
   public synchronized void sms() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
      call(); // 这里也有锁
   }

   public synchronized void call() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
   }
}

JUC并发编程

Lock 版

public class Demo02 {
   public static void main(String[] args) {
      Phone2 phone = new Phone2();

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

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

class Phone2 {
   Lock lock = new ReentrantLock();

   public void sms() {
      lock.lock(); // 细节问题：lock.lock(); lock.unlock(); // lock 锁必须配对，否则就会死在里面
      lock.lock();
      try {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
         call(); // 这里也有锁
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      } finally {
         lock.unlock();
         lock.unlock();
      }

   }

   public void call() {
      lock.lock();
      try {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
      } catch (Exception e) {
         call(); // 这里也有锁
         e.printStackTrace();
      } finally {
         lock.unlock();
      }
   }
}

JUC并发编程

21.3、自旋锁

spinlock

JUC并发编程

我们来自定义一个锁测试

/**
 * 自旋锁
 */
public class SpinlockDemo {

   AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

   // 加锁
   public void myLock() {
      Thread thread = Thread.currentThread();
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myLock");

      // 自旋锁
      while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {

      }
   }

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

public class TestSpinLock {

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

      // 底层使用的自旋锁CAS
      SpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();

      new Thread(() -> {
         lock.myLock();
         try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         } finally {
            lock.myUnLock();
         }
      }, "T1").start();

      new Thread(() -> {
         lock.myLock();
         try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         } finally {
            lock.myUnLock();
         }
      }, "T2").start();
   }
}

JUC并发编程

21.4、死锁

死锁是什么

JUC并发编程

死锁测试，怎么排除死锁：

public class DeadLockDemo {

   public static void main(String[] args) {
      String lockA = "lockA";
      String lockB = "lockB";
      
      new Thread(new MyThread(lockA, lockB), "T1").start();
      new Thread(new MyThread(lockB, lockA), "T1").start();
   }
}

class MyThread implements Runnable {

   private String lockA;
   private String lockB;

   public MyThread(String lockA, String lockB) {
      this.lockA = lockA;
      this.lockB = lockB;
   }

   @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);
         }
      }
   }
}

解决问题

1、使用 jps -l 定位进程号

JUC并发编程

2、使用 jstack 进程号 找到死锁问题

JUC并发编程

面试，工作中！排查问题：

1、日志 9

2、堆栈 1

版权声明：程序员胖胖胖虎阿发表于 2022年11月6日上午1:56。
转载请注明：JUC并发编程 | 胖虎的工具箱-编程导航

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JUC并发编程

文章目录

JUC

1、什么是JUC

2、线程和进程

3、Lock锁

3.1、传统Synchronized

3.2、Lock 接口

3.3、Synchronized 和 Lock 区别

4、生产者和消费者问题

生产者和消费者问题 Synchronized 版

JUC版的生产者和消费者问题

Condition 精准的通知和唤醒线程

5、8锁现象

6、集合类不安全

7、Callable

8、常用的辅助类(必会)

8.1、CountDownLatch

8.2、CyclicBarrier

8.3、Semaphore

9、读写锁

10、阻塞队列

BlockingQueue

SynchronousQueue 同步队列

11、线程池(重点)

11.1、池化技术

11.2、线程池：三大方法

11.3、7大参数

11.4、4种拒绝策略

11.5、小结和拓展

12、四大函数式接口（必需掌握）

12.1、函数式接口：

12.2、断定型接口：

12.3、Consumer 消费型接口

12.4、Supplier 供给型接口

13、Stream流式计算

什么是Stream流式计算

14、ForkJoin

15、异步回调

16、JMM

什么是JMM

17、Volatile

17.1、保证可见性

17.2、不保证原子性

17.3、指令重排

18、彻底玩转单例模式

饿汉式

懒汉式单例

静态内部类

枚举

19、深入理解CAS

19.1、什么是 CAS

19.2、Unsafe 类

19.3、CAS ： ABA 问题（狸猫换太子）

20、原子引用

21、各种锁的理解

21.1、公平锁、非公平锁

21.2、可重入锁

21.3、自旋锁

21.4、死锁

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