java并发编程实践——王宝令(极客时间)学习笔记

1、并发

分工：如何高效地拆解任务并分配给线程

同步：线程之间如何协作

互斥：保证同一时刻只允许一个线程访问共享资源

Fork/Join 框架就是一种分工模式，CountDownLatch 就是一种典型的同步方式，而可重入锁则是一种互斥手段。

2、可见性、原子性、有序性

(1)可见性:缓存导致

(2)原子性:线程切换

count+=1

(3)有序性：编译优化

3、java内存模型

(1)可见性:缓存导致-----按需禁用缓存

(2)有序性:编译优化-----按需禁用

volatile int x=0;(该变量的读写，不使用cpu缓存，直接使用内存读取或者写入)

(3)原子性:同一时刻，只有一个线程执行，互斥。

synchronized

4、死锁

死锁发生的条件：

(1)互斥，共享资源x和y只能被一个线程占用

(2)占有且等待，线程 T1 已经取得共享资源 X，在等待共享资源 Y 的时候，不释放共享资源 X；

破坏占用且等待条件：一次性申请所有资源

(3)不可抢占，其他线程不能强行抢占线程 T1 占有的资源；

破坏不可强占条件

(4)循环等待，线程 T1 等待线程 T2 占有的资源，线程 T2 等待线程 T1 占有的资源，就是循环等待。

破坏循环等待条件：

wait和sleep区别
1：wait释放资源，sleep不释放资源
2：wait需要被唤醒，sleep不需要
3：wait需要获取到监视器，否则抛异常，sleep不需要
4：wait是object顶级父类的方法，sleep则是Thread的方法

5.CountDownLatch和CyclicBarrier：如何让多线程步调一致？(主线程等待子线程结束)

Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        t2.start();
        //实现等待
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("=============");

线程池

Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
        executor.execute(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                latch.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        });
        executor.execute(()->{
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                latch.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        latch.await();
        System.out.println("=============");

CountDownLatch 主要用来解决一个线程等待多个线程的场景。(CountDownLatch 的计数器是不能循环利用的，也就是说一旦计数器减到 0，再有线程调用 await()，该线程会直接通过。)

CyclicBarrier   ---------- A线程执行，B线程执行，A、B其中一个线程等到AB执行完成再执行(不是主线程，且是异步的)

参考：https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html

6.并发容器

List、Map、Set、Queue

非线程安全：ArrayList、HashMap

 7.原子类

8.线程池、Executor

ThreadPoolExecutor

线程池实际上是生产者 - 消费者模式

ThreadPoolExecutor(
  int corePoolSize,
  int maximumPoolSize,
  long keepAliveTime,
  TimeUnit unit,
  BlockingQueue<Runnable> workQueue,
  ThreadFactory threadFactory,
  RejectedExecutionHandler handler)

9.Future

ExecutorService executor
  = Executors.newFixedThreadPool(1);
// 创建 Result 对象 r
Result r = new Result();
r.setAAA(a);
// 提交任务
Future<Result> future =
  executor.submit(new Task(r), r);
Result fr = future.get();
// 下面等式成立
fr === r;
fr.getAAA() === a;
fr.getXXX() === x

class Task implements Runnable{
  Result r;
  // 通过构造函数传入 result
  Task(Result r){
    this.r = r;
  }
  void run() {
    // 可以操作 result
    a = r.getAAA();
    r.setXXX(x);
  }
}

// 创建 FutureTask
FutureTask<Integer> futureTask
  = new FutureTask<>(()-> 1+2);
// 创建线程池
ExecutorService es =
  Executors.newCachedThreadPool();
// 提交 FutureTask
es.submit(futureTask);
// 获取计算结果
Integer result = futureTask.get();

// 创建 FutureTask
FutureTask<Integer> futureTask
  = new FutureTask<>(()-> 1+2);
// 创建并启动线程
Thread T1 = new Thread(futureTask);
T1.start();
// 获取计算结果
Integer result = futureTask.get();

// 创建任务 T2 的 FutureTask
FutureTask<String> ft2
  = new FutureTask<>(new T2Task());
// 创建任务 T1 的 FutureTask
FutureTask<String> ft1
  = new FutureTask<>(new T1Task(ft2));
// 线程 T1 执行任务 ft1
Thread T1 = new Thread(ft1);
T1.start();
// 线程 T2 执行任务 ft2
Thread T2 = new Thread(ft2);
T2.start();
// 等待线程 T1 执行结果
System.out.println(ft1.get());

// T1Task 需要执行的任务：
// 洗水壶、烧开水、泡茶
class T1Task implements Callable<String>{
  FutureTask<String> ft2;
  // T1 任务需要 T2 任务的 FutureTask
  T1Task(FutureTask<String> ft2){
    this.ft2 = ft2;
  }
  @Override
  String call() throws Exception {
    System.out.println("T1: 洗水壶...");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

    System.out.println("T1: 烧开水...");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(15);
    // 获取 T2 线程的茶叶
    String tf = ft2.get();
    System.out.println("T1: 拿到茶叶:"+tf);

    System.out.println("T1: 泡茶...");
    return " 上茶:" + tf;
  }
}
// T2Task 需要执行的任务:
// 洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶
class T2Task implements Callable<String> {
  @Override
  String call() throws Exception {
    System.out.println("T2: 洗茶壶...");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

    System.out.println("T2: 洗茶杯...");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

    System.out.println("T2: 拿茶叶...");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    return " 龙井 ";
  }
}
// 一次执行结果：
T1: 洗水壶...
T2: 洗茶壶...
T1: 烧开水...
T2: 洗茶杯...
T2: 拿茶叶...
T1: 拿到茶叶: 龙井
T1: 泡茶...
上茶: 龙井

10.CompletableFuture

// 任务 1：洗水壶 -> 烧开水
CompletableFuture<Void> f1 =
  CompletableFuture.runAsync(()->{
  System.out.println("T1: 洗水壶...");
  sleep(1, TimeUnit.SECONDS);

  System.out.println("T1: 烧开水...");
  sleep(15, TimeUnit.SECONDS);
});
// 任务 2：洗茶壶 -> 洗茶杯 -> 拿茶叶
CompletableFuture<String> f2 =
  CompletableFuture.supplyAsync(()->{
  System.out.println("T2: 洗茶壶...");
  sleep(1, TimeUnit.SECONDS);

  System.out.println("T2: 洗茶杯...");
  sleep(2, TimeUnit.SECONDS);

  System.out.println("T2: 拿茶叶...");
  sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
  return " 龙井 ";
});
// 任务 3：任务 1 和任务 2 完成后执行：泡茶
CompletableFuture<String> f3 =
  f1.thenCombine(f2, (__, tf)->{
    System.out.println("T1: 拿到茶叶:" + tf);
    System.out.println("T1: 泡茶...");
    return " 上茶:" + tf;
  });
// 等待任务 3 执行结果
System.out.println(f3.join());

void sleep(int t, TimeUnit u) {
  try {
    u.sleep(t);
  }catch(InterruptedException e){}
}
// 一次执行结果：
T1: 洗水壶...
T2: 洗茶壶...
T1: 烧开水...
T2: 洗茶杯...
T2: 拿茶叶...
T1: 拿到茶叶: 龙井
T1: 泡茶...
上茶: 龙井

11.CompletionService

参考: http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/27250059   https://www.cnblogs.com/hrhguanli/p/3998865.html

普通情况下，我们使用Runnable作为主要的任务表示形式，可是Runnable是一种有非常大局限的抽象，run方法中仅仅能记录日志，打印，或者把数据汇总入某个容器（一方面内存消耗大，还有一方面须要控制同步，效率非常大的限制），总之不能返回运行的结果；比方同一时候1000个任务去网络上抓取数据，然后将抓取到的数据进行处理（处理方式不定），我认为最好的方式就是提供回调接口，把处理的方式最为回调传进去；可是如今我们有了更好的方式实现：CompletionService + Callable

Callable的call方法能够返回运行的结果;

CompletionService将Executor（线程池）和BlockingQueue（堵塞队列）结合在一起，同一时候使用Callable作为任务的基本单元，整个过程就是生产者不断把Callable任务放入堵塞对了，Executor作为消费者不断把任务取出来运行，并返回结果；

优势：

a、堵塞队列防止了内存中排队等待的任务过多，造成内存溢出（毕竟一般生产者速度比較快，比方爬虫准备好网址和规则，就去运行了，运行起来（消费者）还是比較慢的）

b、CompletionService能够实现，哪个任务先运行完毕就返回，而不是按顺序返回，这样能够极大的提升效率；

package com.zhy.concurrency.completionService;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

/**
 * 将Executor和BlockingQueue功能融合在一起，能够将Callable的任务提交给它来运行， 然后使用take()方法获得已经完毕的结果
 *
 * @author zhy
 *
 */
public class CompletionServiceDemo
{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException,
            ExecutionException
    {
        /**
         * 内部维护11个线程的线程池
         */
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(11);
        /**
         * 容量为10的堵塞队列
         */
        final BlockingQueue<Future<Integer>> queue = new LinkedBlockingDeque<Future<Integer>>(
                10);
        //实例化CompletionService
        final CompletionService<Integer> completionService = new ExecutorCompletionService<Integer>(
                exec, queue);

        /**
         * 模拟瞬间产生10个任务，且每一个任务运行时间不一致
         */
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            completionService.submit(new Callable<Integer>()
            {
                @Override
                public Integer call() throws Exception
                {
                    int ran = new Random().nextInt(1000);
                    Thread.sleep(ran);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + " 歇息了 " + ran);
                    return ran;
                }
            });
        }

        /**
         * 马上输出结果
         */
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            try
            {
                //谁最先运行完毕，直接返回
                Future<Integer> f = completionService.take();
                System.out.println(f.get());
            } catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        exec.shutdown();

    }

}
输出结果：
pool-1-thread-4 歇息了 52
52
pool-1-thread-1 歇息了 59
59
pool-1-thread-10 歇息了 215
215
pool-1-thread-9 歇息了 352
352
pool-1-thread-5 歇息了 389
389
pool-1-thread-3 歇息了 589
589
pool-1-thread-2 歇息了 794
794
pool-1-thread-7 歇息了 805
805
pool-1-thread-6 歇息了 909
909
pool-1-thread-8 歇息了 987
987

2.ExecutorService.invokeAll

ExecutorService的invokeAll方法也能批量运行任务，并批量返回结果，可是呢，有个我认为非常致命的缺点，必须等待全部的任务运行完毕后统一返回，一方面内存持有的时间长；还有一方面响应性也有一定的影响，毕竟大家都喜欢看看刷刷的运行结果输出，而不是苦苦的等待；

package com.zhy.concurrency.executors;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class TestInvokeAll
{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException,
            ExecutionException
    {
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);

        List<Callable<Integer>> tasks = new ArrayList<Callable<Integer>>();
        Callable<Integer> task = null;
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            task = new Callable<Integer>()
            {
                @Override
                public Integer call() throws Exception
                {
                    int ran = new Random().nextInt(1000);
                    Thread.sleep(ran);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 歇息了 " + ran );
                    return ran;
                }
            };

            tasks.add(task);
        }

        long s = System.currentTimeMillis();

        List<Future<Integer>> results = exec.invokeAll(tasks);

        System.out.println("运行任务消耗了 ：" + (System.currentTimeMillis() - s) +"毫秒");

        for (int i = 0; i < results.size(); i++)
        {
            try
            {
                System.out.println(results.get(i).get());
            } catch (Exception e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        exec.shutdown();

    }

}

运行结果：
pool-1-thread-10 歇息了 1
pool-1-thread-5 歇息了 59
pool-1-thread-6 歇息了 128
pool-1-thread-1 歇息了 146
pool-1-thread-3 歇息了 158
pool-1-thread-7 歇息了 387
pool-1-thread-9 歇息了 486
pool-1-thread-8 歇息了 606
pool-1-thread-4 歇息了 707
pool-1-thread-2 歇息了 817
运行任务消耗了 ：819毫秒
146
817
158
707
59
128
387
606
486
1

12.Fork/Join 单机版本的MapReduce

分治任务

static void main(String[] args){
  // 创建分治任务线程池
  ForkJoinPool fjp =
    new ForkJoinPool(4);
  // 创建分治任务
  Fibonacci fib =
    new Fibonacci(30);
  // 启动分治任务
  Integer result =
    fjp.invoke(fib);
  // 输出结果
  System.out.println(result);
}
// 递归任务
static class Fibonacci extends
    RecursiveTask<Integer>{
  final int n;
  Fibonacci(int n){this.n = n;}
  protected Integer compute(){
    if (n <= 1)
      return n;
    Fibonacci f1 =
      new Fibonacci(n - 1);
    // 创建子任务
    f1.fork();
    Fibonacci f2 =
      new Fibonacci(n - 2);
    // 等待子任务结果，并合并结果
    return f2.compute() + f1.join();
  }
}

13.ThreadLocal

http://www.iocoder.cn/JUC/sike/ThreadLocal/