深入浅出Java多线程 学习记录

深入浅出Java多线程
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进程让操作系统的并发性成为了可能，而线程让进程的内部并发成为了可能。

他们两个本质的区别是是否单独占有内存地址空间及其它系统资源（比如I/O）

进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是操作系统进行调度的基本单位（熟悉的话语）

上下文是指某一时间点 CPU 寄存器和程序计数器的内容。

上下文切换通常是计算密集型的，意味着此操作会消耗大量的 CPU 时间，故线程也不是越多越好。如何减少系统中上下文切换次数，是提升多线程性能的一个重点课题。

我们可以使用线程组对线程进行批量控制。

Java中线程优先级可以指定，范围是1~10。Java只是给操作系统一个优先级的参考值

如果某个线程优先级大于线程所在线程组的最大优先级，那么该线程的优先级将会失效，取而代之的是线程组的最大优先级。

Java线程的6个状态 NEW,RUNNABLE,BLOCKED,WAITING,TIMED_WAITING,TERMINATED;

Java线程的RUNNABLE状态其实是包括了传统操作系统线程的ready和running两个状态的。

处于WAITING状态的线程变成RUNNABLE状态需要其他线程唤醒。

调用wait()方法前线程必须持有对象的锁。需要通过其他线程调用notify()或notifyAll()方法来唤醒。

sleep()只是暂时使线程停止执行，并不会释放锁。

在线程中断机制里，当其他线程通知需要被中断的线程后，线程中断的状态被设置为true，但是具体被要求中断的线程要怎么处理，完全由被中断线程自己而定，可以在合适的实际处理中断请求，也可以完全不处理继续执行下去。

线程间通信部分

在Java中，锁的概念都是基于对象的，所以我们又经常称它为对象锁。

Java多线程的等待/通知机制是基于Object类的wait()方法和notify(), notifyAll()方法来实现的。

基于volatile关键字的信号量通信，实现按照数字的变化执行线程。

sleep()与wait()有这些区别：
wait可以指定时间，也可以不指定；而sleep必须指定时间。
wait释放cpu资源，同时释放锁；sleep释放cpu资源，但是不释放锁，所以易死锁。
wait必须放在同步块或同步方法中，而sleep可以再任意位置

---------------------原理篇----------------------------------

线程间如何通信？即：线程之间以何种机制来交换信息
线程间如何同步？即：线程以何种机制来控制不同线程间操作发生的相对顺序

Java中的volatile关键字可以保证多线程操作共享变量的可见性以及禁止指令重排序，synchronized关键字不仅保证可见性，同时也保证了原子性（互斥性）。

指令重排能够提高性能。有编译器优化重排、指令并行重排、内存系统重排三种。

指令重排可以保证串行语义一致，但是没有义务保证多线程间的语义也一致。所以在多线程下，指令重排序可能会导致一些问题。

在JMM中，临界区内（同步块或同步方法中）的代码可以发生重排序

JMM不保证对64位的long型和double型变量的写操作具有原子性

happens-before规则，满足了程序员的需求–简单易懂，并提供足够强的内存可见性。针对的是两个操作之间的执行顺序，在不在一个线程内无所谓。如果操作一happens-before操作二，那么操作一的结果对操作二可见且操作一的执行顺序在操作二之前。

volatile的内存语义：1. 保证变量的内存可见性。2. 禁止volatile变量与普通变量重排序

在保证内存可见性这一点上，volatile有着与锁相同的内存语义，所以可以作为一个“轻量级”的锁来使用。在功能上，锁比volatile更强大；在性能上，volatile更有优势。

Java多线程的锁都是基于对象的，Java中的每一个对象都可以作为一个锁。

所谓“临界区”，指的是某一块代码区域，它同一时刻只能由一个线程执行。

Java6以后，一个对象有四种锁状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。锁容易升级难以降级。

JVM会为每个线程在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间

CAS是一种原子操作，它是一种系统原语，是一条CPU的原子指令，从CPU层面保证它的原子性

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的同步器

JDK工具篇
线程池工作流程：来了任务，核心线程数没有到最大值则新建核心线程做，否则加入任务队列，有空闲的核心线程去取着做。任务队列满了的话，创建非核心线程做，非核心线程做完没任务了就回收。非核心线程也达到最大值了的话就依据拒绝策略丢弃任务。

四种常见线程池：
newCachedThreadPool：无核心线程，空闲60S回收。线程池很大，几乎不会触发拒绝策略。当需要执行很多短时间的任务时，CacheThreadPool的线程复用率比较高， 会显著的提高性能。
newFixedThreadPool：核心线程数=总线程数，没有非核心线程。任务队列很大，几乎不会触发拒绝策略。线程不会被回收会一直阻塞在task中。
newSingleThreadExecutor：有且仅有一个核心线程，不会创建非核心线程。所有任务按照先来先执行的顺序执行。
newScheduledThreadPool：定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

阻塞队列(BlockingQueue)的作用，你只管往里面存、取就行，而不用担心多线程环境下存、取共享变量的线程安全问题。

BlockingQueue的实现类：
ArrayBlockingQueue：数组组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue：链表组成的有界阻塞队列，默认大小是Integer.MAX_VALUE。
DelayQuere：无限制大小，元素需实现java.util.concurrent.Delayed 接口。只有延迟时间到了才能取出。
PriorityBlockingQueue：基于优先级的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：没有任何内部容量，每个put必须等待一个take。

锁的分类，不同维度：
可重入锁和非可重入锁
公平锁和非公平锁
读写锁和排它锁

JDK中关于并发的类大多都在java.util.concurrent 中。

juc.locks包下共有三个接口：Condition、Lock、ReadWriteLock。

Condition类下的signal()：唤醒一个等待在Condition上的线程，被唤醒的线程在方法返回前必须获得与Condition对象关联的锁，只有获得锁了才能解除await()

ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StampedLock（性能优秀）

并发容器：阻塞队列（BlockingQueue），CopyOnWrite容器（CopyOnWritexxx）
ConcurrentMap接口、ConcurrentHashMap、ConcurrentNavigableMap接口与ConcurrentSkipListMap类
ConcurrentLinkedDeque和ConcurrentLinkedQueue
ConcurrentSkipListSet

所谓CopyOnWrite容器即写时复制的容器,当我们往一个容器中添加元素的时候，不直接往容器中添加，而是将当前容器进行copy，复制出来一个新的容器，然后向新容器中添加我们需要的元素，最后将原容器的引用指向新容器。 好处是我们对容器进行的是“读操作”，不需要“加锁”了，达到了读写分离。

CopyOnWrite容器有数据一致性的问题，它只能保证最终数据一致性。所以如果我们希望写入的数据马上能准确地读取，请不要使用CopyOnWrite容器。

通信工具类：Semaphore信号量限制资源数量，Exchanger两线程交换数据，CountDownLatch前置任务，CyclicBarrier循环屏障，Phaser比较复杂