并发编程学习总结

1 线程安全性

1.1 什么是线程安全

当多个线程访问某个类时, 不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行, 并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同, 这个类都能表现出正确的行为, 那么就称这个类是线程安全的

1.2 竞态条件(Race Condition)

当某个计算的正确性取决于多个线程的交替执行时, 那么就会发生竞态条件. 换句话说, 就是正确的结果要取决于运气. 最常见的竞态条件就是"先检查后执行(Check-Then-Act)"操作, 即通过一个可能失效的观测结果来决定下一步的动作.

1.3 原子/原子操作

假定有两个操作A 和B, 如果从执行A 的线程来看, 当另一个线程执行B 时, 要么将B 全部执行完, 要么完全不执行B, 那么A 和B 对彼此来说就是原子的. 原子操作是指, 对于访问同一个状态的所有操作(包括该操作本身)来说, 这个操作是一个以原子方式执行的操作.

1.4 内置锁

• 独占性
• 可见性(经常被忽略)
  • volatile
  • 

1.5 用锁来保护状态

对于可能被多个线程同时访问的可变状态变量, 在访问它时都需要持有同一个锁, 在这种情况下, 我们称状态变量是由这个锁保护的.

• 多个状态变量下反例
  • 

1.6 可见性

• 非线程安全的可变整数类
  • 
• 线程安全的可变整数类
  • 

1.7 volatile(保证可见性不保证原子性)

• 当且仅当满足以下所有条件时, 才应当使用volatile 变量(java 运算符对应多条jvm 指令)
  • 对变量的写入操作不依赖变量的当前值, 或者你能确保只有单个线程更新变量的值
  • 该变量不会与其他状态变量一并纳入不变性条件
  • 在访问变量时不需要加锁

1.8 线程封闭(Thread Confinement)

当某个对象封闭在一个线程中是, 这种用法将自动实现线程安全性, 即使被封闭的对象本身不是线程安全的.

• ThreadLocal
• 动态数据源
• MDC

1.9 安全发布

• 不安全发布
  • 
• 安全发布的常用模式
  • 在静态初始化函数中初始化一个对象引用
  • 将对象引用保存到volatile 类型的域或者AtomicReference 对象中
  • 将对象引用保存到某个正确构造对象的final 类型域中
  • 将对象引用保存到一个由锁保护的域中

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2 jdk concurrent util

2.1 并发容器

• ConcurrentHashMap
  • ConcurrentModificationException
  • 
  • 
  • 
• CopyOnWriteArrayList
  • 在每次修改时, 都会创建并重新发布一个新的容器副本
  • 仅当迭代操作远远多于修改操作时, 才应该使用
• CopyOnWriteArraySet

2.2 阻塞队列

• LinkedBlockingQueue
• ArrayBlockingQueue

2.3 同步工具类

• CountDownLatch
  • 
• FutureTask
  • 
• Semaphore
  • 
• CyclicBarrier
  • 
  • 

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3 Executor

3.1 为何要使用Executor

• 简单web 服务器的几种方式
  • 
  • 
  • 
• ThreadPool vs NewThread
  • 
  • 

3.2 Executor 详细配置

• 静态工厂方法
  • newFixedThreadPool
  • newCachedThreadPool
  • newSingleTHreadExecutor
  • newScheduledThreadPool
• 生命周期
  • 使用ExecutorService 后会存在一非守护线程, 若不手动结束, 则JVM 不会退出
  • 
  • 
• 设置线程池大小
  • 
  • 
  • Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1);
• 工作队列 ArrayBlockingQueue & LinkedBlockingQueue & SynchronousQueue
  • 
  • 
  • 
  • 
• submit 源码分析
  • 
  • 
  • 
  • 
• 饱和策略
  • 默认策略(AbortPolicy)
    • 
    • 
    • 
  • AbortPolicy
    • 
  • CallerRunsPolicy
    • 
    • 
  • DiscardPolicy
    • 
  • DiscardOldestPolicy
    • 
• 自定义线程工厂
  • 
  • 

3.3 Executor 注意事项

• compatible with ThreadLocal
  • 
  • 

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4 取消与关闭

4.1 已请求取消

• 标志位
  • 
  • 

4.2 中断方法

• api
  • 
• InterruptException
  • 
  • 
  • 

4.3 通过Future 来实现取消

• 通过Future 来取消任务
  • 
  • 
  • 
  • 

4.4 处理非正常的线程终止

• UncaughtExceptionHandler
  • 
  • 
  • 

4.5 JVM 关闭

• 守护线程
  • 
• 关闭钩子
  • 

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5 性能

5.1 减少锁的竞争

• 缩小锁的范围
  • 
  • 
• 减小锁的粒度
  • 
  • 
• 锁分段
  • ConcurrentHashMap
  • 

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6 显示锁

6.1 ReentrantLock

• lock
  • 
• tryLock
  • 
• tryLock(within time)
  • 
• lockInterruptibly
  • 

6.2 ReentrantReadWriteLock

• 使用场景
  • 
• 锁降级
  • 
  • 

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7 条件队列

7.1 条件队列解决问题

• 

"条件队列"这个名字来源于: 它使得一组线程(称之为等待线程集合)能够通过某种方式来等待特定的条件变成真

• 为何要使用条件队列
  • 
  • 
  • 
  • 

7.2 wait/notify/notifyAll

• wait
  • 
  • 
• notify/nofityAll
  • 
  • 

7.3 如何使用条件队列

• 条件谓词

  条件谓词是使某个操作成为状态依赖的前提条件. 在有界缓存中, 只有当缓存不为空时, take 方法才能执行, 否则必须等待. 对take 方法来说, 它的条件条件谓词就是"缓存不为空"

• 过早唤醒

  • nofityAll 时, 条件维持为真, 等到线程获取monitor 时, 条件为假
  • notifyAll 时, 条件为假, 如BoundedBuffer "非满" "非空" 条件谓词共用一个条件队列
  • 

• 通知

  每当在等待一个条件时, 一定要确保在条件谓词变为真时, 通过某种方式发出通知

  • 若多个条件谓词等待同一条件队列, 则使用nofifyAll 而非notify, 否则容易产生信号丢失问题

7.4 Condition

• 为何要使用
  • BoundedBuffer, 两个条件谓词均使用同一条件队列, 使用notifyAll, 造成性能损耗
  • 便于分析, 不同条件谓词对应不同条件队列, 对应不同signal 入口
• 与内置条件队列区别
  • 
• ArrayBlockingQueue 源码
  • 
  • 
  • 
  • 
  • 
• LinkedBlockingQueue 源码
  • 
  • 
  • 
  • 

7.5 AbstractQueuedSynchronizer(AQS)

• 为何使用
  • 处理大量细节, 等待线程采用FIFO 队列操作顺序
  • lock, condition 两时刻阻塞; AQS 一时刻阻塞
• AbstractQueuedSynchronizer
  • 
  • 
  • 
• CountDownLatch
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  • 
  • 
  • 
  • 
  • 
  • 
  • 

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8 Java 内存模型

• 重排序
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• 不安全发布
  • 
• 安全的发布
  • 
  • 
• 初始化过程的安全性

  • 初始化安全性将确保, 对于被正确构造的对象, 所有线程都能看到由构造函数为对象各个final 域设置的正确值, 而不管采用何种方式来发布对象

  • 

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相关资源

• Java 并发编程实战
• Java™ Platform, Standard Edition 8 API Specification
  • https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/