并发编程-白红宇

并发简介

为什么要学习并发编程？

方便实际开发

1、什么是并发编程

并发历史

早期计算机--从头到尾执行一个程序，资源浪费

操作系统出现--计算机能运行多个程序，不同的程序在不同的单独的进程中运行

一个进程，有多个线程

提高资源的利用率，公平

2、串行与并行的区别

串行：洗茶具、打水、烧水、等水开、冲茶

并行：打水、烧水同时洗茶具、水开、冲茶

好处：可以缩短整个流程的时间

并发编程目的

摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，  性能也将提升一倍。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

让程序充分利用计算机资源

加快程序响应速度（耗时任务、web服务器）

简化异步事件的处理

什么时候适合使用并发编程

任务会阻塞线程，导致之后的代码不能执行：比如一边从文件中读取，一边进行大量计算的情况

任务执行时间过长，可以划分为分工明确的子任务：比如分段下载

任务间断性执行：日志打印

任务本身需要协作执行：比如生产者消费者问题

3、并发编程的挑战之频繁的上下文切换

cpu为线程分配时间片，时间片非常短（毫秒级别），cpu不停的切换线程执行，在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态，让我们感觉是多个程序同时运行的

上下文的频繁切换，会带来一定的性能开销

如何减少上下文切换的开销？

无锁并发编程:多线程竞争锁时，会引起上下文切换，所以多线程处理数据时，可以用一些办法来避免使用锁，  如将数据的ID按照Hash算法取模分段，不同的线程处理不同段的数据

CAS:Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁。

使用最少线程:避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建了很多线程来处理，这样会造成大量线程都处于等待状态。

协程:在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换。

4、并发编程的挑战之死锁

5、并发编程的挑战之线程安全

第二章、线程基础

1、进程与线程的区别

进程：是系统进行分配和管理资源的基本单位

线程：进程的一个执行单元，是进程内调度的实体、是CPU调度和分派的基本单位，是比进程更小的独立运行的基本单位。线程也被称为轻量级进程,线程是程序执行的最小单位。

一个程序至少一个进程，一个进程至少一个线程。

2、线程的状态及其相互转换

初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。

运行(RUNNABLE):处于可运行状态的线程正在JVM中执行，但它可能正在等待来自操作系统的其他资源，例如处理器。

阻塞(BLOCKED)：线程阻塞于synchronized锁，等待获取synchronized锁的状态。

等待(WAITING)：Object.wait()、join()、 LockSupport.park(),进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。

超时等待(TIMED_WAITING)：Object.wait(long)、Thread.join()、LockSupport.parkNanos()、LockSupport.parkUntil，该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间内自行返回。

终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕。

3、创建线程的方式

继承Thread，并重写父类的run方法

public class MyThread extends Thread{    @Override    public void run() {        System.out.println(Thread.currentThread().getName());    }    public static void main(String[] args) {        MyThread myThread=new MyThread();        myThread.setName("线程demo");        myThread.start();    }复制代码

实现Runable接口，并实现run方法

public class MyRunnable implements Runnable {    public void run() {        System.out.println(Thread.currentThread().getName());    }    public static void main(String[] args) {        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());        thread.setName("线程demo");        thread.start();    }}//实际开发中，选第2种：java只允许单继承//增加程序的健壮性，代码可以共享，代码跟数据独立复制代码

使用匿名内部类

public class MyThread {    public static void main(String[] args) {        Thread thread=new Thread(new Runnable() {            public void run() {                System.out.println(Thread.currentThread().getName());            }        });        thread.start();    }}复制代码

Lambda表达式

public class Lambada {    public static void main(String[] args) {        new Thread(()->{            System.out.println(Thread.currentThread().getName());        }).start();    }}复制代码

线程池

public class ThreadPool {    public static void main(String[] args) {        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();        executorService.execute(()->{            System.out.println(Thread.currentThread().getName());        });    }}复制代码

4、线程的挂起跟恢复

什么是挂起线程？	线程的挂起操作实质上就是使线程进入不可执行状态，在这个状态下CPU不会分给线程时间片，进入这个状态可以用来暂停一个线程的运行。	在线程挂起后，可以通过重新唤醒线程来使之恢复运行为什么要挂起线程？	cpu分配的时间片非常短、同时也非常珍贵。避免资源的浪费。如何挂起线程？	可以使用的方法(以下方法都是Object对象的方法)		wait() 暂停执行、放弃已经获得的锁、进入等待状态		notify() 随机唤醒一个在等待锁的线程		notifyAll() 唤醒所有在等待锁的线程，自行抢占cpu资源什么时候适合使用挂起线程？	我等的船还不来(等待某些未就绪的资源)，我等的人还不明白。直到notify方法被调用复制代码

public class WaitDemo implements Runnable{    private static Object waitObj=new Object();    @Override    public void run() {        //持有资源        synchronized (waitObj){            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"占用资源");            try {                waitObj.wait();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放资源");    }    public static void main(String[] args) {        Thread thread = new Thread(new WaitDemo(),"对比线程");        Thread thread2 = new Thread(new WaitDemo(),"对比线程2");        thread.start();        thread2.start();        try {            Thread.sleep(3000L);            synchronized (waitObj){                waitObj.notify();            }        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }}复制代码

5、线程的中断操作

Thread.interrupt方法    自行定义一个标志，用来判断是否继续执行复制代码

public class InterruptDemo implements Runnable {    @Override    public void run() {        while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){            System.out.println(Thread.currentThread().getName());        }    }    public static void main(String[] args) {        Thread thread=new Thread(new InterruptDemo());        thread.start();        try {            Thread.sleep(1000l);            thread.interrupt();        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }}//也可以在while处自定义boolean类型的变量true，通过sleep多长时间改变其值为false中断线程复制代码

6、线程的优先级

线程的优先级告诉程序该线程的重要程度有多大。如果有大量线程都被堵塞，都在等候运行，程序会尽可能地先运行优先级高的那个线程。但是，这并不表示优先级较低的线程不会运行，只是它被准许运行的机会小一些而已。

线程的优先级设置可以为1-10的任一数值，Thread类中定义了三个线程优先级，分别是：    MIN_PRIORITY（1）、NORM_PRIORITY（5）、MAX_PRIORITY（10），一般情况下推荐使用这几个常量，不要自行设置数值。任务：	快速处理：设置高的优先级	慢慢处理：设置低的优先级复制代码

public class PriorityDemo {    public static void main(String[] args) {        Thread thread=new Thread(()->{            while (true) {                System.out.println(Thread.currentThread().getName());            }        },"线程1");                Thread thread2=new Thread(()->{            while(true){                System.out.println(Thread.currentThread().getName());            }        },"线程2");                thread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);        thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);        thread.start();        thread2.start();    }}复制代码

7、守护线程

线程分类：用户线程、守护线程    守护线程：任何一个守护线程都是整个程序中所有用户线程的守护者，只要有活着的用户线程，守护线程就活着。    当JVM实例中最后一个非守护线程结束时，守护线程也随JVM一起退出    守护线程的用处：jvm垃圾清理线程    建议： 尽量少使用守护线程，因其不可控，不要在守护线程里去进行读写操作、执行计算逻辑复制代码

public class DaemonThreadDemo implements Runnable{    @Override    public void run() {        while (true){            System.out.println(Thread.currentThread().getName());            try {                Thread.sleep(2000l);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    public static void main(String[] args) {        Thread thread=new Thread(new DaemonThreadDemo());        thread.setDaemon(true);        thread.start();        try {            Thread.sleep(2000l);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }}复制代码

第二章、线程安全性问题

1、什么是线程安全性？

当多个线程访问某个类,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程如何交替执行,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,那么就称这个类为线程安全的。什么是线程不安全？多线程并发访问时，得不到正确的结果。复制代码

2、产生线程不安全问题的原因

num++ 不是原子性操作，被拆分成好几个步骤，在多线程并发执行的情况下，因为cpu调度，多线程快递切换，有可能两个同一时刻都读取了同一个num值，之后对它进行+1操作，导致线程安全性。复制代码

public class UnSafeThread {    private static int num = 0;    private static CountDownLatch CountDownLatch=new CountDownLatch(10);    public static void inCreate(){num++;}    public static void main(String[] args) {        for(int i=0;i<10;i++){            new Thread(()->{                for(int j=0;j<100;j++){                    inCreate();                    try {                        Thread.sleep(10l);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }                CountDownLatch.countDown();            }).start();        }        while (true){            if(CountDownLatch.getCount()==0){                System.out.println(num);                break;            }        }    }}复制代码

3、什么是原子性操作

一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。通俗点讲：操作要成功一起成功、要失败大家一起失败如何把非原子性操作变成原子性    volatile关键字仅仅保证可见性，并不保证原子性    synchronize关键字，使得操作具有原子性复制代码

4、深入理解synchronized关键字

内置锁    每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁称为内置锁。    线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。    获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。互斥锁    内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，    线程A必须等待或者阻塞，直到线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。    修饰普通方法：锁住对象的实例修饰静态方法：锁住整个类修饰代码块： 锁住一个对象 synchronized (lock) 即synchronized后面括号里的内容复制代码

public class SynDemo {    public synchronized void out(){
   //普通方法        try {            System.out.println(Thread.currentThread().getName());            Thread.sleep(5000l);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }    public static synchronized void staticOut(){
   //静态方法        try {            System.out.println(Thread.currentThread().getName());            Thread.sleep(5000l);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }    private Object lock=new Object();    public void myOut(){        synchronized (lock){
   //代码块，确保lock是同一对象，调用时用同一个对象去调用            try {                System.out.println(Thread.currentThread().getName());                Thread.sleep(5000l);            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    public static void main(String[] args) {        SynDemo synDemo = new SynDemo();        //SynDemo synDemo2 = new SynDemo();        new Thread(()->{            synDemo.myOut();        }).start();        new Thread(()->{            synDemo.myOut();        }).start();    }}复制代码

5、volatile关键字及其使用场景

能且仅能修饰变量保证该变量的可见性，volatile关键字仅仅保证可见性，并不保证原子性禁止指令重排序	A、B两个线程同时读取volatile关键字修饰的对象	A读取之后，修改了变量的值	修改后的值，对B线程来说，是可见使用场景	1：作为线程开关	2：单例，修饰对象实例，禁止指令重排序复制代码

6、单例与线程安全

饿汉式--本身线程安全    在类加载的时候，就已经进行实例化，无论之后用不用到。如果该类比较占内存，之后又没用到，就白白浪费了资源。懒汉式 -- 最简单的写法是非线程安全的，在需要的时候再实例化复制代码

public class HungerSingleton {    private static HungerSingleton ourInstance = new HungerSingleton();    public static HungerSingleton getInstance() {        return ourInstance;    }    private HungerSingleton() {}    public static void main(String[] args) {        for(int i=0;i<10;i++){            new Thread(()->{                System.out.println(HungerSingleton.getInstance());            }).start();        }    }}public class LazySingleton {    private static volatile LazySingleton lazySingleton=null;    private LazySingleton(){}    public static LazySingleton getInstance(){        //判断实例是否为空，为空则实例化        if(null==lazySingleton){            try {                //模拟实例化时耗时的操作                Thread.sleep(1000l);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            synchronized(LazySingleton.class){                if(null==lazySingleton) {                    lazySingleton = new LazySingleton();                }            }        }        //否则直接返回        return lazySingleton;    }    public static void main(String[] args) {        for(int i=0;i<10;i++){            new Thread(()->{                System.out.println(LazySingleton.getInstance());            }).start();        }    }}复制代码

7、如何避免线程安全性问题

线程安全性问题成因    1：多线程环境   	2：多个线程操作同一共享资源   	3：对该共享资源进行了非原子性操作如何避免：打破成因中三点任意一点    1：多线程环境--将多线程改单线程（必要的代码，加锁访问）    2：多个线程操作同一共享资源--不共享资源（ThreadLocal、不共享、操作无状态化、不可变）    3：对该共享资源进行了非原子性操作--将非原子性操作改成原子性操作（加锁、使用JDK自带的原子性操作的类、JUC提供的相应的并发工具类）复制代码