Lock锁、ThreadLocal、线程池、

原创已于 2023-12-25 12:34:11 修改 · 350 阅读

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于 2021-08-27 23:56:53 首次发布

本文深入解析Java并发编程中的关键概念，包括ReentrantLock的使用，如公平锁与非公平锁，以及Condition的wait和signal方法。详细介绍了线程池的工作原理和四大核心参数，如corePoolSize、maximumPoolSize，以及线程池的四种拒绝策略。此外，还阐述了ThreadLocal的作用和使用场景，如何避免线程安全问题。总结了Java提供的四种线程池类型及其适用场景，如newFixedThreadPool、newScheduledThreadPool等，并给出阿里巴巴开发手册中的线程池最佳实践。

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一、Lock、interface

Lock lock = new ReentrantLock(); jdk 1.5 后新增的 ReentrantLock 类
Condition condition = lock.newCondition();
1、lock(); //上锁，获取锁；释放锁需要在finally
2、lockInterruptibly(); //可中断锁，锁被别人抢到，中断等待
3、tryLock(); boolean //它表示的是用来尝试一次获取锁：成功获取则返回true；获取失败则返回false。
4、tryLock(秒); boolean //多长时间内又没有人占用 //100, TimeUnit.SECONDS
5、unlock()； //释放锁
唤醒等待机制
- condition.await(); //等待
- condition.signal(); //解除等待
公平锁与非公平锁 （new ReentrantLock(boolean)）
- 公平锁：线程获取锁的顺序是按照线程启动的顺序来进行分配的，（多个线程按照申请锁的顺序来获取锁）即先来先得FIFO先进先出顺序。
- 非公平锁：一种获取锁的抢占机制，是随机拿到锁的，和公平锁不一样的是先来的不一定先拿到锁，这个方式可能造成某些线程一直拿不到锁，结果就是不公平的。
ReentrantReadWriteLock类
- 读锁，也成为共享锁。lock.readLock().lock();
- 写锁，也叫排他锁。 lock.writeLock().lock();
- 多个读锁之间不互斥，读锁与写锁互斥，多个写锁互斥。
锁的类型：
- 可重入锁：在执行对象中所有同步方法不用再次获得锁，又名递归锁
- 可中断锁：在等待获取锁过程中可中断
- 公平锁：按等待获取锁的线程的等待时间进行获取，等待时间长的具有优先获取锁权利
- 读写锁：对资源读取和写入的时候拆分为2部分处理，读的时候可以多线程一起读，写的时候必须同步地写
synchronized与Lock的区别

二、ThreadLocal、并发包

（创建所有线程的副本；不可见性）
每个线程都会有属于自己的本地内存，在堆（也就是上图的主内存）中的变量在被线程使用的时候会被复制一个副本线程的本地内存中，当线程修改了共享变量之后就会通过JMM管理控制写会到主内存中。
很明显，在多线程的场景下，当有多个线程对共享变量进行修改的时候，就会出现线程安全问题，即数据不一致问题。常用的解决方法是对访问共享变量的代码加锁（synchronized或者Lock）。但是这种方式对性能的耗费比较大。在JDK1.2中引入了ThreadLocal类，来修饰共享变量，使每个线程都单独拥有一份共享变量，这样就可以做到线程之间对于共享变量的隔离问题。
static ThreadLocal<Object> threadLocal = new ThreadLocal<>(); set(T obj) get() remove() initialValue() 返回此线程局部变量的当前线程的初始值

三、线程池、

cpu 密集：cpu 在同一时间内会频繁操作n个线程

线程池的优势（作用）：
- 1、降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。线程执行完run 后，不会死亡，等待再次被开启线程
- 2、提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
- 3、提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
线程池的工作原理：
线程池的7个参数：
- 一、corePoolSize 线程池核心线程大小。
  - 线程池中会维护一个最小的线程数量，即使这些线程处于空闲状态，他们也不会被销毁，除非设置了allowCoreThreadTimeOut。这里的最小线程数量即是corePoolSize。任务提交到线程池后，首先会检查当前线程数是否达到了corePoolSize，如果没有达到的话，则会创建一个新线程来处理这个任务。
- 二、maximumPoolSize 线程池最大线程数量。
  - 当前线程数达到corePoolSize后，如果继续有任务被提交到线程池，会将任务缓存到工作队列（后面会介绍）中。如果队列也已满，则会去创建一个新线程来出来这个处理。线程池不会无限制的去创建新线程，它会有一个最大线程数量的限制，这个数量即由maximunPoolSize指定。
- 三、keepAliveTime 空闲线程存活时间。
  - 一个线程如果处于空闲状态，并且当前的线程数量大于corePoolSize，那么在指定时间后，这个空闲线程会被销毁，这里的指定时间由keepAliveTime来设定
- 四、unit 空闲线程存活时间单位。
  - keepAliveTime的计量单位
- 五、workQueue 工作队列：
  - 新任务被提交后，会先进入到此工作队列中，任务调度时再从队列中取出任务。jdk中提供了四种工作队列：
  - 1、ArrayBlockingQueue：基于数组的有界阻塞队列
    - 按FIFO排序。新任务进来后，会放到该队列的队尾，有界的数组可以防止资源耗尽问题。当线程池中线程数量达到corePoolSize后，再有新任务进来，则会将任务放入该队列的队尾，等待被调度。如果队列已经是满的，则创建一个新线程，如果线程数量已经达到maxPoolSize，则会执行拒绝策略。
  - 2、LinkedBlockingQuene：基于链表的无界阻塞队列（其实最大容量为Interger.MAX）
    - 按照FIFO排序。由于该队列的近似无界性，当线程池中线程数量达到corePoolSize后，再有新任务进来，会一直存入该队列，而基本不会去创建新线程直到maxPoolSize（很难达到Interger.MAX这个数），因此使用该工作队列时，参数maxPoolSize其实是不起作用的。
  - 3、SynchronousQuene：一个不缓存任务的阻塞队列
    - 生产者放入一个任务必须等到消费者取出这个任务。也就是说新任务进来时，不会缓存，而是直接被调度执行该任务，如果没有可用线程，则创建新线程，如果线程数量达到maxPoolSize，则执行拒绝策略。
  - 4、PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界阻塞队列
    - 优先级通过参数Comparator实现。
  - 如果使用有界队列，当队列饱和时并超过最大线程数时就会执行拒绝策略；而如果使用无界队列，因为任务队列永远都可以添加任务，所以设置 maximumPoolSize 没有任何意义。
- 六、threadFactory 线程工厂。
  - 创建一个新线程时使用的工厂，可以用来设定线程名、是否为daemon线程等等
- 七、handler 拒绝策略。
  - 当工作队列中的任务已到达最大限制，并且线程池中的线程数量也达到最大限制，这时如果有新任务提交进来，该如何处理呢。
  - 1、CallerRunsPolicy：在调用者线程中直接执行被拒绝任务的run方法，除非线程池已经shutdown，则直接抛弃任务。
  - 2、AbortPolicy：直接丢弃任务，并抛出RejectedExecutionException异常。
  - 3、DiscardPolicy：直接丢弃任务，什么都不做。
  - 4、DiscardOldestPolicy：抛弃进入队列最早的那个任务，然后尝试把这次拒绝的任务放入队列。
功能线程池：
- 一、newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池。
  - 每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
  - 特点：只有核心线程，线程数量固定，执行完立即回收，任务队列为链表结构的无界队列(最大容量为Interger.MAX)。
  - 应用场景：控制线程最大并发数。
- 二、newScheduledThreadPool：创建定时的线程池。
  - 创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
  - 特点：核心线程数量固定，非核心线程数量无限，执行完闲置 10ms 后回收，任务队列为优先级队列实现的无界阻塞队列。
  - 应用场景：执行定时或周期性的任务。
- 三、newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池。
  - 如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
  - 特点：无核心线程，非核心线程数量无限，执行完闲置 60s 后回收，任务队列为不存储元素的阻塞队列。
  - 应用场景：执行大量、耗时少的任务。
- 四、newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。
  - 这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
  - 特点：只有 1 个核心线程，无非核心线程，执行完立即回收，任务队列为链表结构的无界队列(最大容量为Interger.MAX)。
  - 应用场景：不适合并发但可能引起 IO 阻塞性及影响 UI 线程响应的操作，如数据库操作、文件操作等。
- 阿里开发手册
线程池的使用：
- ExecutorService pool=Executors.newCachedThreadPool();
- pool.execute(); //获得线程
- pool.shutdown(); //关闭线程池