多线程——零散知识补充

ReentrantLock
reentrantlock用于替代synchronized，使用reentrantlock可以完成synchronized同样的功能，但需要注意的是，必须要必须要必须要手动释放锁，使用synchronized锁定的话如果遇到异常，jvm会自动释放锁，但是lock必须手动释放锁，因此经常在finally中进行锁的释放。
ReentrantLock vs Synchronized
1、底层是cas vs sync锁升级，
2、可以使用trylock控制锁不上的情况，
3、lockinterruptibly可以对interrupt()方法做出响应，
4、可以在公平和非公平之间切换。

public class ReentrantLock_tryLock {Lock lock = new ReentrantLock();void m1() {try {lock.lock();for (int i = 0; i < 3; i++) {Thread.sleep(1);System.out.println(i);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}/*** 使用tryLock进行尝试锁定，不管锁定与否，方法都将继续执行* 可以根据tryLock的返回值来判定是否锁定* 也可以指定tryLock的时间，由于tryLock(time)抛出异常，所以要注意unclock的处理，必须放到finally中*/void m2() {/*boolean locked = lock.tryLock();System.out.println("m2 ..." + locked);if(locked) lock.unlock();*/boolean locked = false;try {locked = lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS);System.out.println("m2 ..." + locked);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {if(locked) lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {ReentrantLock_tryLock rl = new ReentrantLock_tryLock();new Thread(rl::m1).start();try {Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}new Thread(rl::m2).start();}
}

public class ReentrantLock_interruptibly {public static void main(String[] args) {Lock lock = new ReentrantLock();Thread t1 = new Thread(()->{try {//              lock.lock();System.out.println("t1 start");Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);System.out.println("t1 end");} catch (InterruptedException e) {System.out.println("interrupted!");} finally {lock.unlock();}});t1.start();Thread t2 = new Thread(()->{try {//lock.lock();lock.lockInterruptibly(); //可以对interrupt()方法做出响应System.out.println("t2 start");Thread.sleep(5);System.out.println("t2 end");} catch (InterruptedException e) {System.out.println("interrupted!");} finally {lock.unlock();}});t2.start();try {Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}t2.interrupt(); //打断线程2的等待}
}

public class ReentrantLockFair extends Thread {private static ReentrantLock lock=new ReentrantLock(true); //参数为true表示为公平锁，请对比输出结果public void run() {for(int i=0; i<100; i++) {lock.lock();try{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获得锁");}finally{lock.unlock();}}}public static void main(String[] args) {ReentrantLockFair rl=new ReentrantLockFair();Thread th1=new Thread(rl);Thread th2=new Thread(rl);th1.start();th2.start();}
}

CountDownLatch

CountDown叫倒数，Latch是门栓的意思（倒数的一个门栓，5、4、3、2、1数到了，就启动了，就像火箭发射倒计时，倒计时结束了就发射火箭了

下面new了100个线程，接下来，又来了100个数量的CountDownLatch，这是一个门栓，门栓上记了个数threads.length是100，每一个线程结束的时候我让 latch.countDown()，然后所有线程start()，再latch.await()，最后结束。那CountDown是干嘛使得呢，看latch.await()，它的意思是说给我看住门，给我插住不要动。每个线程执行到latch.await()的时候这个门栓就在这里等着，并且记了个数是100，每一个线程结束的时候都会往下CountDown，CountDown是在原来的基础上减1，一直到这个数字变成0的时候门栓就会被打开，这就是它的概念，它是用来等着线程结束的。

用join实际上不太好控制，必须要你线程结束了才能控制，但是如果是一个门栓的话我在线程里不停的CountDown，在一个线程里就可以控制这个门栓什么时候往前走，用join我只能是当前线程结束了你才能自动往前走，当然用join可以，但是CountDown比它要灵活。

public class TestCountDownLatch {public static void main(String[] args) {usingJoin();usingCountDownLatch();}private static void usingCountDownLatch() {Thread[] threads = new Thread[100];CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threads.length);for(int i=0; i<threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(()->{int result = 0;for(int j=0; j<10000; j++) result += j;latch.countDown();});}for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i].start();}try {latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("end latch");}private static void usingJoin() {Thread[] threads = new Thread[100];for(int i=0; i<threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(()->{int result = 0;for(int j=0; j<10000; j++) result += j;});}for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i].start();}for (int i = 0; i < threads.length; i++) {try {threads[i].join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("end join");}
}

CyclicBarrier
同步工具CyclicBarrier，意思是循环栅栏，这有一个栅栏，什么时候人满了就把栅栏推倒，哗啦哗啦的都放出去，出去之后扎栅栏又重新起来，再来人，满了，推倒之后又继续。

下面程序，两个参数，第二个参数不传也是可以的，就是满了之后不做任何事情。第一个参数是20，满了之后帮我调用第二个参数指定的动作，我们这个指定的动作就是一个Runnable对象，打印满人，发车。什么barrier.await()会被放倒，就是等够20个人了，后面也可以写你要做的操作 s。什么时候满了20人了就发车。下面第一种写法是满了之后我什么也不做，第二种写法是用Labda表达式的写法。这个意思就是线程堆满了，我们才能往下继续执行。

举例：CyclicBarrier的概念呢比如说一个复杂的操作，需要访问数据库，需要访问网络，需要访问文件，有一种方式是顺序执行，挨个的都执行完，效率非常低，这是一种方式，还有一种可能性就是并发执行，原来是1、2、3顺序执行，并发执行是不同的线程去执行不同的操作，有的线程去数据库找，有的线程去网络访问，有的线程去读文件，必须是这三个线程全部到位了我才能去进行，这个时候我们就可以用CyclicBarrier。

public class TestCyclicBarrier {public static void main(String[] args) {//CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20);CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, () -> System.out.println("满人"));/*CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("满人，发车");}});*/for(int i=0; i<100; i++) {new Thread(()->{try {barrier.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}).start();}}
}

Phaser
Phaser它就更像是结合了CountDownLatch和CyclicBarrier，翻译一下叫阶段。这个稍微复杂一些.
Phaser是按照不同的阶段来对线程进行执行，就是它本身是维护着一个阶段这样的一个成员变量，当前我是执行到那个阶段，是第0个，还是第1个阶段啊等等，每个阶段不同的时候这个线程都可以往前走，有的线程走到某个阶段就停了，有的线程一直会走到结束。你的程序中如果说用到分好几个阶段执行，而且有的人必须得几个人共同参与的一种情形的情况下可能会用到这个Phaser。
模拟了一个结婚的场景，结婚是有好多人要参加的，因此，我们写了一个类Person是一个Runnable可以new出来，扔给Thread去执行，模拟我们每个人要做一些操作，有这么几种方法，arrive()到达、eat()吃、leave()离开、hug()拥抱这么几个。作为一个婚礼来说它会分成好几个阶段，第一阶段大家好都得到齐了，第二个阶段大家开始吃饭，三阶段大家离开，第四个阶段新郎新娘入洞房，那好，每个人都有这几个方法，在方法的实现里头我就简单的睡了1000个毫秒，我自己写了一个方法，把异常处理写到了方法里了。

在看主程序，一共有五个人参加婚礼了，接下来新郎，新娘参加婚礼，一共七个人。它一start就好调用我们的run（）方法，它会挨着调用每一个阶段的方法。那好，我们在每一个阶段是不是得控制人数，第一个阶段得要人到期了才能开始，二阶段所有人都吃饭，三阶段所有人都离开，但是，到了第四阶段进入洞房的时候就不能所有人都干这个事儿了。所以，要模拟一个程序就要把整个过程分好几个阶段，而且每个阶段必须要等这些线程给我干完事儿了你才能进入下一个阶段。

那怎么来模拟过程呢，我定义了一个phaser，我这个phaser是从Phaser这个类继承，重写onAdvance方法，前进，线程抵达这个栅栏的时候，所有的线程都满足了这个第一个栅栏的条件了onAdvance会被自动调用，目前我们有好几个阶段，这个阶段是被写死的，必须是数字0开始，onAdvance会传来两个参数phase是第几个阶段，registeredParties是目前这个阶段有几个人参加，每一个阶段都有一个打印，返回值false，一直到最后一个阶段返回true，所有线程结束，整个栅栏组，Phaser栅栏组就结束了。

要使线程在一个栅栏面前停住，就得调用phaser.arriveAndAwaitAdvance()这个方法，这个方法的意思是到达等待继续往前走，直到新郎新娘如洞房，其他人不在参与，调用phaser.arriveAndDeregister() 这个方法。还有可以调用方法phaser.register()往上加，不仅可以控制栅栏上的个数还可以控制栅栏上的等待数量，这个就叫做phaser。

public class TestPhaser {static Random r = new Random();static MarriagePhaser phaser = new MarriagePhaser();static void milliSleep(int milli) {try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(milli);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {phaser.bulkRegister(7);for(int i=0; i<5; i++) {new Thread(new Person("p" + i)).start();}new Thread(new Person("新郎")).start();new Thread(new Person("新娘")).start();}static class MarriagePhaser extends Phaser {@Overrideprotected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {switch (phase) {case 0:System.out.println("所有人都到齐了！" + registeredParties);System.out.println();return false;case 1:System.out.println("所有人都吃完了！" + registeredParties);System.out.println();return false;case 2:System.out.println("所有人都离开了！" + registeredParties);System.out.println();return false;case 3:System.out.println("婚礼结束！新郎新娘抱抱！" + registeredParties);return true;default:return true;}}}static class Person implements Runnable {String name;public Person(String name) {this.name = name;}public void arrive() {milliSleep(r.nextInt(1000));System.out.printf("%s 到达现场！\n", name);phaser.arriveAndAwaitAdvance();}public void eat() {milliSleep(r.nextInt(1000));System.out.printf("%s 吃完!\n", name);phaser.arriveAndAwaitAdvance();}public void leave() {milliSleep(r.nextInt(1000));System.out.printf("%s 离开！\n", name);phaser.arriveAndAwaitAdvance();}private void hug() {if(name.equals("新郎") || name.equals("新娘")) {milliSleep(r.nextInt(1000));System.out.printf("%s 洞房！\n", name);phaser.arriveAndAwaitAdvance();} else {phaser.arriveAndDeregister();//phaser.register()}}@Overridepublic void run() {arrive();eat();leave();hug();}}
}

ReadWriteLock
ReadWriteLock 读写锁。读写锁的概念其实就是共享锁和排他锁，读锁就是共享锁，写锁就是排他锁。那这个是什么意思，我们先要来理解这件事儿，读写有很多种情况，比如说你数据库里的某条儿数据你放在内存里读的时候特别多，而改的时候并不多。
举一个简单的例子，我们公司的组织结构，我们要想显示这组织结构下有哪些人在网页上访问，所以这个组织结构被访问到会读，但是很少更改，读的时候多写的时候就并不多，这个时候好多线程来共同访问这个结构的话，有的是读线程有的是写线程，要求他不产生这种数据不一致的情况下我们采用最简单的方式就是加锁，我读的时候只能自己读，写的时候只能自己写，但是这种情况下效率会非常的底，尤其是读线程非常多的时候，那我们就可以做成这种锁，当读线程上来的时候加一把锁是允许其他读线程可以读，写线程来了我不给它，你先别写，等我读完你在写。读线程进来的时候我们大家一块读，因为你不改原来的内容，写线程上来把整个线程全锁定，你先不要读，等我写完你在读。

我们看这个读写锁怎么用，我们这有两个方法，read()读一个数据，write()写一个数据。read这个数据的时候我需要你往里头传一把锁，这个传那把锁你自己定，我们可以传自己定义的全都是排他锁，也可以传读写锁里面的读锁或写锁。write的时候也需要往里面传把锁，同时需要你传一个新值，在这里值里面传一个内容。我们模拟这个操作，读的是一个int类型的值，读的时候先上锁，设置一秒钟，完了之后read over，最后解锁unlock。再下面写锁，锁定后睡1000毫秒，然后把新值给value，write over后解锁，非常简单。

我们现在的问题是往里传这个lock有两种传法，第一种直接new ReentrantLock()传进去，分析下这种方法，主程序定义了一个Runnable对象，第一个是调用read() 方法，第二个是调用write() 方法同时往里头扔一个随机的值，然后起了18个读线程，起了两个写线程，这个两个我要想执行完的话，我现在传的是一个ReentrantLock，这把锁上了之后没有其他任何人可以拿到这把锁，而这里面每一个线程执行都需要1秒钟，在这种情况下你必须得等20秒才能干完这事儿；

第二种，我们换了锁 new ReentrantReadWriteLock() 是ReadWriteLock的一种实现，在这种实现里头我又分出两把锁来，一把叫readLock，一把叫writeLock，通过他的方法readWriteLock.readLock()来拿到readLock对象，读锁我就拿到了。通过readWriteLock.writeLock()拿到writeLock对象。这两把锁在我读的时候扔进去，因此，读线程是可以一起读的，也就是说这18个线程可以一秒钟完成工作结束。所以使用读写锁效率会大大的提升。

public class T10_TestReadWriteLock {static Lock lock = new ReentrantLock();private static int value;static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();static Lock readLock = readWriteLock.readLock();static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();public static void read(Lock lock) {try {lock.lock();Thread.sleep(1000);System.out.println("read over!");//模拟读取操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public static void write(Lock lock, int v) {try {lock.lock();Thread.sleep(1000);value = v;System.out.println("write over!");//模拟写操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {//Runnable readR = ()-> read(lock);Runnable readR = ()-> read(readLock);//Runnable writeR = ()->write(lock, new Random().nextInt());Runnable writeR = ()->write(writeLock, new Random().nextInt());for(int i=0; i<18; i++) new Thread(readR).start();for(int i=0; i<2; i++) new Thread(writeR).start();}
}

Semaphore
Semaphore信号量。可以往里面传一个数，permits是允许的数量，你可以想成有几个信号量。
s.acquire()这个方法叫阻塞方法，阻塞方法的意思是说我大概acquire不到的话我就停在这，acquire的意思就是得到。如果我 Semaphore s = new Semaphore(1) 写的是1，我取一下，acquire一下他就变成0，当变成0之后别人是acquire不到的，然后继续执行，线程结束之后注意要s.release()，执行完该执行的就把他release掉，release又把0变回去1，还原化。

Semaphore的含义就是限流，比如说你在买票，Semaphore写5就是只能有5个人可以同时买票。acquire的意思叫获得这把锁，线程如果想继续往下执行，必须得从Semaphore里面获得一个许可，他一共有5个许可用到0了你就得给我等着。

默认Semaphore是非公平的，new Semaphore(2, true)第二个值传true才是设置公平。公平这个事儿是有一堆队列在哪儿等，大家伙过来排队。用这个车道和收费站来举例子，就是我们有四辆车都在等着进一个车道，当后面在来一辆新的时候，它不会超到前面去，要在后面排着这叫公平。其内部是有队列的，而且reentrantlock、CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser、ReadWriteLock、Semaphore、Exchanger都是用同一个队列，同一个类来实现的，这个类叫AQS(AbstractQueuedSynchronizer)。

public class TestSemaphore {public static void main(String[] args) {//Semaphore s = new Semaphore(2);Semaphore s = new Semaphore(2, true);//允许一个线程同时执行//Semaphore s = new Semaphore(1);new Thread(()->{try {s.acquire();System.out.println("T1 running...");Thread.sleep(200);System.out.println("T1 running...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {s.release();}}).start();new Thread(()->{try {s.acquire();System.out.println("T2 running...");Thread.sleep(200);System.out.println("T2 running...");s.release();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}
}

Exchanger
Exchanger叫做交换器，俩人之间互相交换个数据用的。一个线程有一个成员变量叫s，然后exchanger.exchange(s)，第二个也是这样，t1线程名字叫T1，第二个线程名字叫T2。到最后，打印出来你会发现他们俩交换了一下。线程间通信的方式非常多，这只是其中一种，就是线程之间交换数据用的。

exchanger你可以把它想象成一个容器，这个容器有两个值，两个线程，有两个格子，第一个线程执行到exchanger.exchange的时候，阻塞，但是要注意我这个exchange方法的时候是往里面扔了一个值，你可以认为吧T1扔到第一个格子了，然后第二个线程开始执行，也执行到这句话了，exchange，他把自己的这个值T2扔到第二个格子里。接下来这两个哥们儿交换一下，T1扔给T2，T2扔给T1，两个线程继续往前跑。exchange只能是两个线程之间，交换这个东西只能两两进行。

public class TestExchanger {static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();public static void main(String[] args) {new Thread(()->{String s = "T1";try {s = exchanger.exchange(s);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + s);}, "t1").start();new Thread(()->{String s = "T2";try {s = exchanger.exchange(s);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + s);}, "t2").start();}
}

synchronized和ReentrantLock的不同？
synchronized：系统自带、系统自动加锁，自动解锁、不可以出现多个不同的等待队列、默认进行四种锁状态的升级
ReentrantLock：需要手动枷锁，手动解锁、有不同的Condition所以就可以出现多个不同的等待队列、是使用CAS的实现
LockSupport
要阻塞和唤醒某一个具体的线程有很多限制比如：
1、wait()方法需要释放锁，必须在synchronized中使用，否则会抛出异常IllegalMonitorStateException
2、notify()方法也必须在synchronized中使用，并且应该指定对象
3、synchronized()、wait()、notify()对象必须一致，一个synchronized()代码块中只能有一个线程调用wait()或notify()
以上诸多限制，体现出了很多的不足，所以LockSupport的好处就体现出来了。
在JDK1.6中的java.util.concurrent的子包locks中引了LockSupport这个API，LockSupport是一个比较底层的工具类，用来创建锁和其他同步工具类的基本线程阻塞原语。java锁和同步器框架的核心 AQS: AbstractQueuedSynchronizer，就是通过调用 LockSupport .park()和 LockSupport .unpark()的方法，来实现线程的阻塞和唤醒的。

public class T13_TestLockSupport {public static void main(String[] args) {//使用lombda表达式创建一个线程tThread t = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(i);if(i == 5) {//使用LockSupport的park()方法阻塞当前线程tLockSupport.park();}try {//使当前线程t休眠1秒Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});//启动当前线程tt.start();//唤醒线程tLockSupport.unpark(t);}
}

1、LockSupport不需要synchornized加锁就可以实现线程的阻塞和唤醒
2、LockSupport.unpartk()可以先于LockSupport.park()执行，并且线程不会阻塞
3、如果一个线程处于等待状态，连续调用了两次park()方法，就会使该线程永远无法被唤醒
LockSupport中park()和unpark()方法的实现原理

park()和unpark()方法的实现是由Unsefa类提供的，而Unsefa类是由C和C++语言完成的，其实原理也是比较好理解的，它主要通过一个变量作为一个标识，变量值在0，1之间来回切换，当这个变量大于0的时候线程就获得了“令牌”，从这一点我们不难知道，其实park()和unpark()方法就是在改变这个变量的值，来达到线程的阻塞和唤醒的。

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