Java并发学习笔记（1）

使用多线程要注意哪些问题？

要保证多线程的允许是安全，不要出现数据竞争造成的数据混乱的问题。

Java的线程安全在三个方面体现：

• 原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作，在Java中使用了atomic包（这个包提供了一些支持原子操作的类，这些类可以在多线程环境下保证操作的原子性）和synchronized关键字来确保原子性；

• 可见性：一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到，在Java中使用了synchronized和volatile这两个关键字确保可见性；

• 有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序，该观察结果一般杂乱无序，在Java中使用了happens-before原则来确保有序性。

保证数据的一致性有哪些方案呢？

• 事务管理：使用数据库事务来确保一组数据库操作要么全部成功提交，要么全部失败回滚。通过ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）属性，数据库事务可以保证数据的一致性。

• 锁机制：使用锁来实现对共享资源的互斥访问。在 Java 中，可以使用 synchronized 关键字、ReentrantLock 或其他锁机制来控制并发访问，从而避免并发操作导致数据不一致。

• 版本控制：通过乐观锁的方式，在更新数据时记录数据的版本信息，从而避免同时对同一数据进行修改，进而保证数据的一致性。

线程的创建方式有哪些?

1.继承Thread类

这是最直接的一种方式，用户自定义类继承java.lang.Thread类，重写其run()方法，run()方法中定义了线程执行的具体任务。创建该类的实例后，通过调用start()方法启动线程。

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}
​
public static void main(String[] args) {
    MyThread t = new MyThread();
    t.start();
}

采用继承Thread类方式

• 优点: 编写简单，如果需要访问当前线程，无需使用Thread.currentThread ()方法，直接使用this，即可获得当前线程

• 缺点:因为线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他的父类

2.实现Runnable接口

如果一个类已经继承了其他类，就不能再继承Thread类，此时可以实现java.lang.Runnable接口。实现Runnable接口需要重写run()方法，然后将此Runnable对象作为参数传递给Thread类的构造器，创建Thread对象后调用其start()方法启动线程。

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}
​
public static void main(String[] args) {
    Thread t = new Thread(new MyRunnable());
    t.start();
}

采用实现Runnable接口方式：

• 优点：线程类只是实现了Runable接口，还可以继承其他的类。在这种方式下，可以多个线程共享同一个目标对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。

• 缺点：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread()方法。

1. 实现Callable接口与FutureTask

java.util.concurrent.Callable接口类似于Runnable，但Callable的call()方法可以有返回值并且可以抛出异常。要执行Callable任务，需将它包装进一个FutureTask，因为Thread类的构造器只接受Runnable参数，而FutureTask实现了Runnable接口。

class MyCallable implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        // 线程执行的代码，这里返回一个整型结果
        return 1;
    }
}
​
public static void main(String[] args) {
    MyCallable task = new MyCallable();
    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);
    Thread t = new Thread(futureTask);
    t.start();
​
    try {
        Integer result = futureTask.get();  // 获取线程执行结果
        System.out.println("Result: " + result);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

采用实现Callable接口方式：

• 缺点：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程，必须调用Thread.currentThread()方法。

• 优点：线程只是实现Runnable或实现Callable接口，还可以继承其他类。这种方式下，多个线程可以共享一个target对象，非常适合多线程处理同一份资源的情形。

1. 使用线程池（Executor框架）

从Java 5开始引入的java.util.concurrent.ExecutorService和相关类提供了线程池的支持，这是一种更高效的线程管理方式，避免了频繁创建和销毁线程的开销。可以通过Executors类的静态方法创建不同类型的线程池。

class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}
​
public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);  // 创建固定大小的线程池
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        executor.submit(new Task());  // 提交任务到线程池执行
    }
    executor.shutdown();  // 关闭线程池
}

采用线程池方式：

• 缺点：程池增加了程序的复杂度，特别是当涉及线程池参数调整和故障排查时。错误的配置可能导致死锁、资源耗尽等问题，这些问题的诊断和修复可能较为复杂。

• 优点：线程池可以重用预先创建的线程，避免了线程创建和销毁的开销，显著提高了程序的性能。对于需要快速响应的并发请求，线程池可以迅速提供线程来处理任务，减少等待时间。并且，线程池能够有效控制运行的线程数量，防止因创建过多线程导致的系统资源耗尽（如内存溢出）。通过合理配置线程池大小，可以最大化CPU利用率和系统吞吐量。

线程池的参数有哪些？

线程池的构造函数有7个参数：

• corePoolSize：线程池核心线程数量。默认情况下，线程池中线程的数量如果 <= corePoolSize，那么即使这些线程处于空闲状态，那也不会被销毁。

• maximumPoolSize：线程池中最多可容纳的线程数量。当一个新任务交给线程池，如果此时线程池中有空闲的线程，就会直接执行，如果没有空闲的线程且当前线程池的线程数量小于corePoolSize，就会创建新的线程来执行任务，否则就会将该任务加入到阻塞队列中，如果阻塞队列满了，就会创建一个新线程，从阻塞队列头部取出一个任务来执行，并将新任务加入到阻塞队列末尾。如果当前线程池中线程的数量等于maximumPoolSize，就不会创建新线程，就会去执行拒绝策略。

• keepAliveTime：当线程池中线程的数量大于corePoolSize，并且某个线程的空闲时间超过了keepAliveTime，那么这个线程就会被销毁。

• unit：就是keepAliveTime时间的单位。

• workQueue：工作队列。当没有空闲的线程执行新任务时，该任务就会被放入工作队列中，等待执行。

• threadFactory：线程工厂。可以用来给线程取名字等等

• handler：拒绝策略。当一个新任务交给线程池，如果此时线程池中有空闲的线程，就会直接执行，如果没有空闲的线程，就会将该任务加入到阻塞队列中，如果阻塞队列满了，就会创建一个新线程，从阻塞队列头部取出一个任务来执行，并将新任务加入到阻塞队列末尾。如果当前线程池中线程的数量等于maximumPoolSize，就不会创建新线程，就会去执行拒绝策略

线程池工作队列满了有哪些拒接策略？

当线程池的任务队列满了之后，线程池会执行指定的拒绝策略来应对，常用的四种拒绝策略包括：CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy，此外，还可以通过实现RejectedExecutionHandler接口来自定义拒绝策略。

四种预置的拒绝策略：

• CallerRunsPolicy，使用线程池的调用者所在的线程去执行被拒绝的任务，除非线程池被停止或者线程池的任务队列已有空缺。

• AbortPolicy，直接抛出一个任务被线程池拒绝的异常。

• DiscardPolicy，不做任何处理，静默拒绝提交的任务。

• DiscardOldestPolicy，抛弃最老的任务，然后执行该任务。

• 自定义拒绝策略，通过实现接口可以自定义任务拒绝策略。

如何停止一个线程的运行?

主要有这些方法：

• 异常法停止：线程调用interrupt()方法后，在线程的run方法中判断当前对象的interrupted()状态，如果是中断状态则抛出异常，达到中断线程的效果。

• 在沉睡中停止：先将线程sleep，然后调用interrupt标记中断状态，interrupt会将阻塞状态的线程中断。会抛出中断异常，达到停止线程的效果

• stop()暴力停止：线程调用stop()方法会被暴力停止，方法已弃用，该方法会有不好的后果：强制让线程停止有可能使一些请理性的工作得不到完成。

• 使用return停止线程：调用interrupt标记为中断状态后，在run方法中判断当前线程状态，如果为中断状态则return，能达到停止线程的效果。

调用 interrupt 是如何让线程抛出异常的?

每个线程都一个与之关联的布尔属性来表示其中断状态，中断状态的初始值为false，当一个线程被其它线程调用Thread.interrupt()方法中断时，会根据实际情况做出响应。

• 如果该线程正在执行低级别的可中断方法（阻塞）（如Thread.sleep()、Thread.join()或Object.wait()），则会解除阻塞并抛出InterruptedException异常。

• 否则Thread.interrupt()仅设置线程的中断状态，在该被中断的线程中稍后可通过轮询中断状态来决定是否要停止当前正在执行的任务。

blocked和waiting有啥区别

• 触发条件:线程进入BLOCKED状态通常是因为试图获取一个对象的锁（monitor lock），但该锁已经被另一个线程持有。这通常发生在尝试进入synchronized块或方法时，如果锁已被占用，则线程将被阻塞直到锁可用。线程进入WAITING状态是因为它正在等待另一个线程执行某些操作，例如调用Object.wait()方法、Thread.join()方法或LockSupport.park()方法。在这种状态下，线程将不会消耗CPU资源，并且不会参与锁的竞争。

• 唤醒机制:当一个线程被阻塞等待锁时，一旦锁被释放，线程将有机会重新尝试获取锁。如果锁此时未被其他线程获取，那么线程可以从BLOCKED状态变为RUNNABLE状态。线程在WAITING状态中需要被显式唤醒。例如，如果线程调用了Object.wait()，那么它必须等待另一个线程调用同一对象上的Object.notify()或Object.notifyAll()方法才能被唤醒。

notify 和 notifyAll 的区别?

同样是唤醒等待的线程，同样最多只有一个线程能获得锁，同样不能控制哪个线程获得锁。

区别在于：

• notify：唤醒一个线程，其他线程依然处于wait的等待唤醒状态，如果被唤醒的线程结束时没调用notify，其他线程就永远没人去唤醒，只能等待超时，或者被中断

• notifyAll：所有线程退出wait的状态，开始竞争锁，但只有一个线程能抢到，这个线程执行完后，其他线程又会有一个幸运儿脱颖而出得到锁

notify 选择哪个线程?

notify在源码的注释中说到notify选择唤醒的线程是任意的，但是依赖于具体实现的jvm。

JVM有很多实现，比较流行的就是hotspot，hotspot对notofy()的实现并不是我们以为的随机唤醒,，而是“先进先出”的顺序唤醒。

JUC (java.util.concurrent的简称)常用类

线程池相关：

• ThreadPoolExecutor：最核心的线程池类，用于创建和管理线程池。通过它可以灵活地配置线程池的参数，如核心线程数、最大线程数、任务队列等，以满足不同的并发处理需求。

• Executors：线程池工厂类，提供了一系列静态方法来创建不同类型的线程池，如newFixedThreadPool（创建固定线程数的线程池）、newCachedThreadPool（创建可缓存线程池）、newSingleThreadExecutor（创建单线程线程池）等，方便开发者快速创建线程池。

并发集合类：

• ConcurrentHashMap：线程安全的哈希映射表，用于在多线程环境下高效地存储和访问键值对。它采用了分段锁等技术，允许多个线程同时访问不同的段，提高了并发性能，在高并发场景下比传统的Hashtable性能更好。

• CopyOnWriteArrayList：线程安全的列表，在对列表进行修改操作时，会创建一个新的底层数组，将修改操作应用到新数组上，而读操作仍然可以在旧数组上进行，从而实现了读写分离，提高了并发读的性能，适用于读多写少的场景。

同步工具类：

• CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他一组线程完成操作后再继续执行。它通过一个计数器来实现，计数器初始化为线程的数量，每个线程完成任务后调用countDown方法将计数器减一，当计数器为零时，等待的线程可以继续执行。常用于多个线程完成各自任务后，再进行汇总或下一步操作的场景。

• CyclicBarrier：让一组线程互相等待，直到所有线程都到达某个屏障点后，再一起继续执行。与CountDownLatch不同的是，CyclicBarrier可以重复使用，当所有线程都通过屏障后，计数器会重置，可以再次用于下一轮的等待。适用于多个线程需要协同工作，在某个阶段完成后再一起进入下一个阶段的场景。

• Semaphore：信号量，用于控制同时访问某个资源的线程数量。它维护了一个许可计数器，线程在访问资源前需要获取许可，如果有可用许可，则获取成功并将许可计数器减一，否则线程需要等待，直到有其他线程释放许可。常用于控制对有限资源的访问，如数据库连接池、线程池中的线程数量等。

原子类：

• AtomicInteger：原子整数类，提供了对整数类型的原子操作，如自增、自减、比较并交换等。通过硬件级别的原子指令来保证操作的原子性和线程安全性，避免了使用锁带来的性能开销，在多线程环境下对整数进行计数、状态标记等操作非常方便。

• AtomicReference：原子引用类，用于对对象引用进行原子操作。可以保证在多线程环境下，对对象的更新操作是原子性的，即要么全部成功，要么全部失败，不会出现数据不一致的情况。常用于实现无锁数据结构或需要对对象进行原子更新的场景。

线程池的用法是什么？

程池是为了减少频繁的创建线程和销毁线程带来的性能损耗，线程池的工作原理如下图：

线程池分为核心线程池，线程池的最大容量，还有等待任务的队列，提交一个任务，如果核心线程没有满，就创建一个线程，如果满了，就是会加入等待队列，如果等待队列满了，就会增加线程，如果达到最大线程数量，如果都达到最大线程数量，就会按照一些丢弃的策略进行处理。

线程池的构造函数有7个参数：

• corePoolSize：线程池核心线程数量。默认情况下，线程池中线程的数量如果 <= corePoolSize，那么即使这些线程处于空闲状态，那也不会被销毁。

• maximumPoolSize：线程池中最多可容纳的线程数量。当一个新任务交给线程池，如果此时线程池中有空闲的线程，就会直接执行，如果没有空闲的线程且当前线程池的线程数量小于corePoolSize，就会创建新的线程来执行任务，否则就会将该任务加入到阻塞队列中，如果阻塞队列满了，就会创建一个新线程，从阻塞队列头部取出一个任务来执行，并将新任务加入到阻塞队列末尾。如果当前线程池中线程的数量等于maximumPoolSize，就不会创建新线程，就会去执行拒绝策略。

• keepAliveTime：当线程池中线程的数量大于corePoolSize，并且某个线程的空闲时间超过了keepAliveTime，那么这个线程就会被销毁。

• unit：就是keepAliveTime时间的单位。

• workQueue：工作队列。当没有空闲的线程执行新任务时，该任务就会被放入工作队列中，等待执行。

• threadFactory：线程工厂。可以用来给线程取名字等等

• handler：拒绝策略。当一个新任务交给线程池，如果此时线程池中有空闲的线程，就会直接执行，如果没有空闲的线程，就会将该任务加入到阻塞队列中，如果阻塞队列满了，就会创建一个新线程，从阻塞队列头部取出一个任务来执行，并将新任务加入到阻塞队列末尾。如果当前线程池中线程的数量等于maximumPoolSize，就不会创建新线程，就会去执行拒绝策略。

当线程池的任务队列满了之后，线程池会执行指定的拒绝策略来应对，常用的四种拒绝策略包括：CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy，此外，还可以通过实现RejectedExecutionHandler接口来自定义拒绝策略。

四种预置的拒绝策略：

• CallerRunsPolicy，使用线程池的调用者所在的线程去执行被拒绝的任务，除非线程池被停止或者线程池的任务队列已有空缺。

• AbortPolicy，直接抛出一个任务被线程池拒绝的异常。

• DiscardPolicy，不做任何处理，静默拒绝提交的任务。

• DiscardOldestPolicy，抛弃最老的任务，然后执行该任务。

• 自定义拒绝策略，通过实现接口可以自定义任务拒绝策略。