作者：享学课堂James老师
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Java程序员,你必须得知道并发编程概念
大家好,我是享学课堂风骚走位的James, 并发编程作为Java编程的核心灵魂, 不管在面试还是在工作中,都是非常重要的, 花了不少时间我整理出了并发编程的一个核心知识, 希望能够帮助更多的Java开发人员,在工作中合理使用多线程, 让你的代码更高效, 更直观。大概分为以下板块。
目录
► 简介
► 概念
►Java内存模型：Happens-before 关系
► 标准同步功能
► 安全发布
► 对象不可变
► 线程Thread类
► 线程的活跃度：死锁与活锁
► java.util.concurrent包
第1节 简介
所谓并发编程是指在一台处理器上“同时”处理多个任务。并发是在同一实体上的多个事件。这段是从百度百科找到的解释, 而我的解释, 你所写的任何一行代码, 它的执行都是用线程来运行的, 也就是说并发编程直接决定了你系统性能运行情况, 能让你的系统起飞, 也能让你的系统性能变成蜗牛。
第2节 概念
从JDK的最低版本开始，Java就支持了线程和锁等关键并发概念。那么这些概念务必记到你脑海深处,哈哈.
前提条件
当多个线程对共享资源执行一系列操作时, 它们会对竞争共享资源, 每个线程的操作顺序不一样, 会导致多个不可预期的操作结果。比如以下的代码就为非线程安全的，其中 value可以多次初始化，因为 if(value==null)做了null 判断, 然后初始化的, 延迟初始化的字段不是原子的：
class JamesLazy <T> {
private volatile T value;
T get() {
if (value == null)//这里做了null判断, 延迟初始化的字段它不是原子的
value = initialize();
return value;
}
}
数据竞争
当两个或多个线程在没有同步的情况下尝试访问相同的非final变量时，就会发生数据竞争。不使用同步可能导致你的所有操作对其它线程是不可见的，因此可以读取过时数据，但若反过来可能会产生无限循环，损坏的数据结构或不准确的计算等后果。此代码可能会导致无限循环，因为读者线程可能永远不会观察到写入器线程所做的更改：
class JamesWaiter implements Runnable {
private Boolean shouldFinish;
void finish() {
shouldFinish = true;
}
public void run() {
long iteration = 0;
while (!shouldFinish) {
iteration++;
}
System.out.println("完成后的结果: " + iteration);
}
}
class JamesDataRace {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
JamesWaiter waiter = new JamesWaiter();
Thread waiterThread = new Thread(waiter);
waiterThread.start();
waiter.finish();
waiterThread.join();
}
}
运行结果为:
第3节 Java内存模型：Happens-before 关系
Java内存模型是根据读取和写入字段以及在监听器上同步等操作定义的。可以通过Happens-before关系对操作进行排序，一般用于推断线程何时看到另一个线程的操作结果，以及用来分析同步的程序构成状况。
在下图中，Thread 1的 ActionX操作在 ActionY操作之前就调用了，因此在 Thread2中所有操作 ActionY的右侧业务操作时, 将会看到Thread 1中Action X前的所有操作。
第4节 标准同步功能
synchronized关键字
synchronized关键字用于防止不同的线程同时执行相同的代码块, 其实就是指这个代码块只被一个线程执行。当线程A获得synchronized锁后,只有线程A访问synchronized代码块，是一种独占式模式操作, 例如: 13号技师被王根基同学带进屋后,王根基同学在门上挂了把锁, 其它线程得等待, 保证了13号技师只能与王根基(线程)进行业务操作 ，不难看出这个操作原子操作(只有王根基线程操作13号技师)。此外，它保证其它线程在获取相同的锁之后将观察正在操作线程的结果,何时释放锁。
class JamesAtomicOperation {
private int counter0 ;
private int counter1 ;
void increment（）{
synchronized（this）{
counter0 ++ ;
counter1 ++ ;
}
}
}
synchronized关键字可以在方法级来指定。
锁是可重入的，因此如果线程已经拥有锁，可以再次成功获取它。
class JamesReentrantcy {
synchronized void doAll（）{
doFirst（）;
doSecond（）;
}
synchronized void doFirst（）{
System.out.println（“第一次操作成功。”）;
}
synchronized void doSecond（）{
System.out.println（“第二次操作成功。”）;
}
}
等待/通知
wait/notify/notifyAll方法在 Object类中声明。wait的作用可以使线程状态变成 WAITING或 TIMED_WAITING（如果已等待超时）状态。为了唤醒一个线程，可以执行以下任何操作：
-
另一个线程调用
notify，唤醒在监视器上等待的任意线程。 -
另一个线程调用
notifyAll，唤醒监视器上等待的所有线程。 -
如果调用
Thread#interrupt。在这种情况下，会抛出InterruptedException。
最常见的模式是条件循环：
class JamesConditionLoop {
private Boolean condition;
synchronized void waitForCondition（）throws InterruptedException {
while（！condition）{
wait（）;
}
}
synchronized void satisfCondition（）{
condition = true ;
notifyAll（）;
}
}
-
同志们请记住，如果
wait/notify/notifyAll要在你的对象上使用，需要首先获取此对象锁。 -
总是在一个循环中等待检查正在等待的条件 - 如果另一个线程在等待开始之前满足条件，这就解决了时间问题。此外，它还可以保护您的代码免受可能（并且确实发生）的虚假唤醒。
-
在打电话之前，请务必确保您满足等待条件
notify/notifyAll。如果不这样做将导致通知，但没有线程能够逃脱其等待循环。
volatile关键字
volatile解决了多线程之间的资源可见性问题，有这么一层关系大家需要知道：对某个volatile字段的写操作happens-before后续对同一个volatile字段的读操作，比如线程1写入了volatile变量v（这里和后续的“变量”都指的是对象的字段、类字段和数组元素），接着线程2读取了v，那么，线程1写入v及之前的写操作都对线程2可见（线程1和线程2可以是同一个线程）。因此，它保证字段的任何后续读取都将看到由最近写入设置的值。
class JamesVolatileFlag implements Runnable {
private volatile Boolean shouldStop;
public void run() {
while (!shouldStop) {
// TODO业务代码
}
System.out.println("停止.");
}
void stop() {
shouldStop = true;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
JamesVolatileFlag flag = new JamesVolatileFlag();
Thread thread = new Thread(flag);
thread.start();
flag.stop();
thread.join();
}
}
原子操作
在 java.util.concurrent.atomic包路径下的一些类以无锁方式支持单个值上的原子复合操作，类似于volatile。
使用AtomicXXX类，可以实现原子 check-then-act操作：
class JamesCheckThenAct {
private final AtomicReference<String> value = new AtomicReference<>();
void initialize() {
if (value.compareAndSet(null, "value")) {
System.out.println("仅初始化一次.");
}
}
}
jdk8中新增的 AtomicInteger和 AtomicLong具有 increment/decrement（自增自减）的原子操作：
class JamesIncrement {
private final AtomicInteger state = new AtomicInteger();
void advance() {
int oldState = state.getAndIncrement();
System.out.println("Advanced: '" + oldState + "' -> '" + (oldState + 1) + "'.");
}
}
若计数器不需要原子操作来获取其值，请考虑使用 LongAdder而不是 AtomicLong/ AtomicInteger类。LongAdder其实就是把一个变量分解为多个变量，让同样多的线程去竞争多个资源，性能问题就可以解决了，因此它在高争用下表现更好。
ThreadLocal
从概念上讲，ThreadLocal就好像在每个Thread中都有一个具有自己版本的变量。ThreadLocal通常用于存储每个线程的值，如“当前事务”或其他资源。此外，它们还用于维护每线程计数器，统计信息或ID生成器。
class JamesTransactionManager {
private final ThreadLocal<Transaction> currentTransaction = ThreadLocal.withInitial(NullTransaction::new);
Transaction currentTransaction() {
Transaction current = currentTransaction.get();
if (current.isNull()) {
current = new TransactionImpl();
currentTransaction.set(current);
}
return current;
}
}
好了， 第1篇就到这里，希望大家持续关注更新…………
