作者：kuikui

JUC

Java JUC
- 1 Java JUC简介
- 2 volatile 关键字-内存可见性
- - 2.1 内存可见性
  - 2.2 volatile 关键字
- 3 原子变量与CAS算法
- - 3.1 原子变量
  - - 3.1.1 i++的原子性问题
    - 3.1.2 原子变量
  - 3.2 CAS算法
  - - 3.2.1 ABA问题
    - 3.2.2 CAS在JAVA中底层的实现
  - CAS在JAVA中底层的实现是通过 lock cmpxchg来实现的
  - volatile和synchronized的实现也都跟这条指令有关
  - 3.3 原子性与可见性区别
- 4 ConcurrentHashMap
- - 4.1 锁粒度
  - 4.2 锁分段
  - 4.3 其它
  - 4.4 写入并复制
- 5 CountDownLatch(闭锁)
- - 5.1 概念
  - 5.2 方法介绍
- 6 实现 Callable 接口
- - 6.1 创建线程的四种方式
  - 6.2 Callable的使用
- 7 -Lock 同步锁
- 8 Condition 控制线程通信
- - 8.1 使用Condition
  - 8.2 生产者和消费者案例
- 9 线程按序交替
- 10 ReadWriteLock 读写锁
- 11 线程8锁
- 12 线程池
- - 12.1 线程池介绍
  - 12.2 线程池的体系结构
  - 12.3 工具类 : Executors
  - 12.4 线程调度
- 13 ForkJoinPool 分支/合并框架工作窃取
- - 13.1 Fork/Join 框架
  - 13.2 Fork/Join 框架与线程池的区别

Java JUC

1 Java JUC简介

在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent （简称 JUC ）包，在此包中增加了在并发编程中很常用的实用工具类，用于定义类似于线程的自定义子系统，包括线程池、异步 IO 和轻量级任务框架。提供可调的、灵活的线程池。还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现等。

2 volatile 关键字-内存可见性

2.1 内存可见性

Java 内存模型规定，对于多个线程共享的变量，存储在主内存当中，每个线程都有自己独立的工作内存，并且线程只能访问自己的工作内存，不可以访问其它线程的工作内存。工作内存中保存了主内存中共享变量的副本，线程要操作这些共享变量，只能通过操作工作内存中的副本来实现，操作完毕之后再同步回到主内存当中，其 JVM 模型大致如下图。

JVM 模型规定：1) 线程对共享变量的所有操作必须在自己的内存中进行，不能直接从主内存中读写; 2) 不同线程之间无法直接访问其它线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。这样的规定可能导致得到后果是：线程对共享变量的修改没有即时更新到主内存，或者线程没能够即时将共享变量的最新值同步到工作内存中，从而使得线程在使用共享变量的值时，该值并不是最新的。这就引出了内存可见性。

内存可见性（Memory Visibility）是指当某个线程正在使用对象状态，而另一个线程在同时修改该状态，需要确保当一个线程修改了对象状态后，其他线程能够看到发生的状态变化。

可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时，我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值，有时甚至是根本不可能的事情。

public class TestVolatile {public static void main(String[] args) {ThreadDemo td = new ThreadDemo();new Thread(td).start();while(true){if(td.isFlag()){System.out.println("------------------");break;}}}
}class ThreadDemo implements Runnable {private boolean flag = false;@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {}flag = true;System.out.println("flag=" + isFlag());}public boolean isFlag() {return flag;}public void setFlag(boolean flag) {this.flag = flag;}
}
//输出：
//flag=true

2.2 volatile 关键字

Java 提供了一种稍弱的同步机制，即 volatile 变量，用来确保将变量的更新操作通知到其它线程。当把共享变量声明为 volatile 类型后，线程对该变量修改时会将该变量的值立即刷新回主内存，同时会使其它线程中缓存的该变量无效，从而其它线程在读取该值时会从主内中重新读取该值（参考缓存一致性）。因此在读取 volatile 类型的变量时总是会返回最新写入的值。

volatile屏蔽掉了JVM中必要的代码优化(指令重排序)，所以在效率上比较低

//如果设置为
private volatile boolean flag = false;
//输出结果：
flag=true
------------------

volatile关键字最主要的作用是：

保证变量的内存可见性
局部阻止重排序的发生

可以将 volatile 看做一个轻量级的锁，但是又与锁有些不同：

对于多线程，不是一种互斥关系
不能保证变量状态的“原子性操作“

3 原子变量与CAS算法

3.1 原子变量

3.1.1 i++的原子性问题

public class TestAtomicDemo {public static void main(String[] args) {AtomicDemo ad = new AtomicDemo();for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(ad).start();}}
}
class AtomicDemo implements Runnable{//  private volatile int serialNumber = 0;private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {}System.out.print(getSerialNumber()+" ");}public int getSerialNumber(){return serialNumber.getAndIncrement();}
}
//运行结果
//1 3 2 0 4 6 5 7 8 9 ——> 不会重复

//如果改为：
class AtomicDemo implements Runnable{private volatile int serialNumber = 0;
//  private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {}System.out.print(getSerialNumber()+" ");}public int getSerialNumber(){return serialNumber++;
//      return serialNumber.getAndIncrement();}
}
//运行结果：
//0 4 3 2 1 0 5 6 7 8 ——> 会产生重复

3.1.2 原子变量

实现全局自增id最简单有效的方式是什么？java.util.concurrent.atomic包定义了一些常见类型的原子变量。这些原子变量为我们提供了一种操作单一变量无锁(lock-free)的线程安全(thread-safe)方式。

实际上该包下面的类为我们提供了类似volatile变量的特性，同时还提供了诸如boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)的功能。

不使用锁实现线程安全听起来似乎很不可思议，这其实是通过CPU的compare and swap指令实现的，由于硬件指令支持当然不需要加锁了。

核心方法：boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue)

原子变量类的命名类似于AtomicXxx，例如，AtomicInteger类用于表示一个int变量。
标量原子变量类

AtomicInteger，AtomicLong和AtomicBoolean类分别支持对原始数据类型int，long和boolean的操作。

当引用变量需要以原子方式更新时，AtomicReference类用于处理引用数据类型。
原子数组类

有三个类称为AtomicIntegerArray，AtomicLongArray和AtomicReferenceArray，它们表示一个int，long和引用类型的数组，其元素可以进行原子性更新。

3.2 CAS算法

Compare And Swap (Compare And Exchange) / 自旋 / 自旋锁 / 无锁
CAS 是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。
CAS 是一种无锁的非阻塞算法的实现。
CAS 包含了 3 个操作数：
- 需要读写的内存值 V
- 进行比较的值 A
- 拟写入的新值 B
当且仅当 V 的值等于 A 时，CAS 通过原子方式用新值 B 来更新 V的值，否则不会执行任何操作。

3.2.1 ABA问题

CAS会导致ABA问题，线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B，在此之前，线程2将变量的值由A替换为C，又由C替换为A，然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A，所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了，尽管CAS成功，但可能存在潜藏的问题。

解决办法（版本号 AtomicStampedReference），基础类型简单值不需要版本号

3.2.2 CAS在JAVA中底层的实现

Unsafe

Unsafe类：Java 与 C/C++ 的一个非常明显区别就是，Java 中不可以直接操作内存。当然这并不完全正确，因为 Unsafe 就可以做到。

Unsafe在AtomicInteger中的应用:

class AtomicDemo implements Runnable{private AtomicInteger serialNumber = new AtomicInteger(0);@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {}System.out.print(getSerialNumber()+" ");}public int getSerialNumber(){return serialNumber.incrementAndGet();}
}

public final int incrementAndGet() {for (;;) {int current = get();int next = current + 1;if (compareAndSet(current, next))return next;}}public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);}

Unsafe:

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

运用：

package com.mashibing.jol;import sun.misc.Unsafe;import java.lang.reflect.Field;public class T02_TestUnsafe {int i = 0;private static T02_TestUnsafe t = new T02_TestUnsafe();public static void main(String[] args) throws Exception {//Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];unsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);Field f = T02_TestUnsafe.class.getDeclaredField("i");long offset = unsafe.objectFieldOffset(f);System.out.println(offset);boolean success = unsafe.compareAndSwapInt(t, offset, 0, 1);System.out.println(success);System.out.println(t.i);//unsafe.compareAndSwapInt()}
}

jdk8u: unsafe.cpp:

cmpxchg = compare and exchange

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");oop p = JNIHandles::resolve(obj);jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END

jdk8u: atomic_linux_x86.inline.hpp

is_MP = Multi Processor

inline jint     Atomic::cmpxchg    (jint     exchange_value, volatile jint*     dest, jint     compare_value) {int mp = os::is_MP();__asm__ volatile (LOCK_IF_MP(%4) "cmpxchgl %1,(%3)": "=a" (exchange_value): "r" (exchange_value), "a" (compare_value), "r" (dest), "r" (mp): "cc", "memory");return exchange_value;
}

jdk8u: os.hpp is_MP()

  static inline bool is_MP() {// During bootstrap if _processor_count is not yet initialized// we claim to be MP as that is safest. If any platform has a// stub generator that might be triggered in this phase and for// which being declared MP when in fact not, is a problem - then// the bootstrap routine for the stub generator needs to check// the processor count directly and leave the bootstrap routine// in place until called after initialization has ocurred.return (_processor_count != 1) || AssumeMP;}

jdk8u: atomic_linux_x86.inline.hpp

#define LOCK_IF_MP(mp) "cmp $0, " #mp "; je 1f; lock; 1: "

最终实现：

cmpxchg = cas修改变量值

lock cmpxchg 指令   //记住这条指令

cmpxchg不能保证原子性，lock保证了原子性（当执行cmpxchg指令时，其他CPU不允许对里面的值进行修改）。

硬件：

lock指令在执行后面指令的时候锁定一个北桥信号（电信号）

（不采用锁总线的方式）

CAS在JAVA中底层的实现是通过 lock cmpxchg来实现的

volatile和synchronized的实现也都跟这条指令有关

3.3 原子性与可见性区别

4 ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对于多线程的操作，介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段” 机制替代 Hashtable 的独占锁，进而提高性能。

4.1 锁粒度

减小锁粒度是指缩小锁定对象的范围，从而减小锁冲突的可能性，从而提高系统的并发能力。减小锁粒度是一种削弱多线程锁竞争的有效手段，这种技术典型的应用是 ConcurrentHashMap(高性能的HashMap)类的实现。对于 HashMap 而言，最重要的两个方法是 get 与 set 方法，如果我们对整个 HashMap 加锁，可以得到线程安全的对象，但是加锁粒度太大。Segment 的大小也被称为 ConcurrentHashMap 的并发度。

4.2 锁分段

ConcurrentHashMap，它内部细分了若干个小的 HashMap，称之为段(Segment)。默认情况下一个 ConcurrentHashMap 被进一步细分为 16 个段，既就是锁的并发度。

如果需要在 ConcurrentHashMap 中添加一个新的表项，并不是将整个 HashMap 加锁，而是首先根据 hashcode 得到该表项应该存放在哪个段中，然后对该段加锁，并完成 put 操作。在多线程环境中，如果多个线程同时进行put操作，只要被加入的表项不存放在同一个段中，则线程间可以做到真正的并行。

4.3 其它

此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：

ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。

当期望许多线程访问一个给定 collection 时，ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap， ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。
当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。

4.4 写入并复制

注意：添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。

public class TestCopyOnWriteArrayList {public static void main(String[] args) {HelloThread ht = new HelloThread();for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(ht).start();}}
}class HelloThread implements Runnable{private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
//  private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();static{list.add("AA");list.add("BB");list.add("CC");}@Overridepublic void run() {Iterator<String> it = list.iterator();      while(it.hasNext()){System.out.println(it.next());list.add("AA");}}
}

运行会造成并发修改异常ConcurrentModificationException。遍历的列表和添加的都是同一个。

//   private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

这样不会报错，正常运行。**因为在每次写入时，都会在底层完成一次复制，复制一份新的列表，然后再进行添加。每次写入都会复制。**不会造成并发修改异常，但是效率较低。

添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。

5 CountDownLatch(闭锁)

5.1 概念

CountDownLatch（闭锁）——一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。CountDown（倒数）latch（锁）

用给定的计数初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。 一个线程(或者多个)，等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行。

闭锁可以延迟线程的进度直到其到达终止状态，闭锁可以用来确保某些活动直到其他活动都完成才继续执行：

确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行;
确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动;
等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。

5.2 方法介绍

CountDownLatch最重要的方法是countDown()——倒数和 await()，前者主要是倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到达0，就只有阻塞等待了。

public class TestCountDownLatch {public static void main(String[] args) {final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(50);  //每次有个线程执行完-1，设置初始值50LatchDemo ld = new LatchDemo(latch);long start = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 50; i++) {new Thread(ld).start();}try {latch.await();   //50个线程执行完，才继续执行main线程} catch (InterruptedException e) {}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));}
}class LatchDemo implements Runnable {private CountDownLatch latch;public LatchDemo(CountDownLatch latch) {this.latch = latch;}@Overridepublic void run() {try {for (int i = 0; i < 50000; i++) {if (i % 2 == 0) {System.out.println(i);}}} finally {latch.countDown();    //每次执行完-1，放在finally里确保每次都执行}}
}

6 实现 Callable 接口

Java 5.0 在 java.util.concurrent 提供了一个新的创建执行线程的方式：Callable 接口。

Callable 需要依赖FutureTask ，FutureTask 也可以用作闭锁。

6.1 创建线程的四种方式

无返回：

实现Runnable接口，重写run();
继承Thread类，重写run();

有返回：

实现Callable接口，重写call(),利用FutureTask包装Callable，并作为task传入Thread构造函数；
利用线程池；

6.2 Callable的使用

public class TestCallable {public static void main(String[] args) {ThreadDemo td = new ThreadDemo();//1.执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。FutureTask<Integer> result = new FutureTask<>(td);new Thread(result).start();//2.接收线程运算后的结果try {Integer sum = result.get();  //FutureTask 可用于 闭锁System.out.println(sum);System.out.println("------------------------------------");} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}}
}class ThreadDemo implements Callable<Integer>{@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum = 0;for (int i = 0; i <= 100000; i++) {sum += i;}return sum;}
}

7 -Lock 同步锁

在 Java 5.0 之前，协调共享对象的访问时可以使用的机制只有 synchronized 和 volatile 。Java 5.0 后增加了一些新的机制，但并不是一种替代内置锁的方法，而是当内置锁不适用时，作为一种可选择的高级功能。

ReentrantLock 实现了 Lock 接口，并提供了与 synchronized 相同的互斥性和内存可见性。但相较于 synchronized 提供了更高的处理锁的灵活性。

解决多线程安全问题的三种方式

jdk 1.5 前：
- synchronized：隐式锁
  
  1.同步代码块
  
  2.同步方法
jdk 1.5 后：
- 3.同步锁 Lock：显式锁
  
  注意：是一个显示锁，需要通过 lock() 方法上锁，必须通过 unlock() 方法进行释放锁

public class TestLock {public static void main(String[] args) {Ticket ticket = new Ticket();new Thread(ticket, "1号窗口").start();new Thread(ticket, "2号窗口").start();new Thread(ticket, "3号窗口").start();}}class Ticket implements Runnable{private int tick = 100;private Lock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic void run() {while(true){lock.lock(); //上锁try{if(tick > 0){try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票，余票为：" + --tick);}}finally{lock.unlock(); //必须执行 因此放在finally中 释放锁}}}}

8 Condition 控制线程通信

Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用法上与使用 Object.wait 访问的隐式监视器类似，但提供了更强大的功能。需要特别指出的是，单个 Lock 可能与多个 Condition 对象关联。为了避免兼容性问题，Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。

在 Condition 对象中，与 wait、notify 和 notifyAll 方法对应的分别是 await、signal 和 signalAll。

Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。

8.1 使用Condition

使用Condition控制线程通信：

如果不使用synchronized关键字保证同步，而是直接使用Lock对象来保证同步，则系统中不存在隐式的同步监视器，也就不能使用wait() notify() notifyAll()来进行线程通信了
当使用lock对象来保证同步时，Java提供了一个Condition类来保持协调，使用Condition可以让那些已经得到lock对象却无法继续执行的线程释放lock对象，Condition对象也可以唤醒其他处于等待状态的进程。
Condition实例被绑定在一个Lock对象上。要获得Lock实例的Condition实例，调用Lock对象的newCondition()方法即可。

8.2 生产者和消费者案例

public class TestProductorAndConsumerForLock {public static void main(String[] args) {Clerk clerk = new Clerk();Productor pro = new Productor(clerk);Consumer con = new Consumer(clerk);new Thread(pro, "生产者 A").start();new Thread(con, "消费者 B").start();//       new Thread(pro, "生产者 C").start();
//       new Thread(con, "消费者 D").start();}}class Clerk {private int product = 0;private Lock lock = new ReentrantLock();  //创建lock对象private Condition condition = lock.newCondition();  //获得Lock实例的Condition实例// 进货public void get() {lock.lock();try {if (product >= 1) { // 为了避免虚假唤醒，应该总是使用在循环中。System.out.println("产品已满！");try {condition.await();} catch (InterruptedException e) {}}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);condition.signalAll();} finally {lock.unlock();}}//售货public void sale() {lock.lock();try {if (product <= 0) {System.out.println("缺货！");try {condition.await();} catch (InterruptedException e) {}}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);condition.signalAll();} finally {lock.unlock();}}
}// 生产者
class Productor implements Runnable {private Clerk clerk;public Productor(Clerk clerk) {this.clerk = clerk;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}clerk.get();   //调用店员进货方法}}
}// 消费者
class Consumer implements Runnable {private Clerk clerk;public Consumer(Clerk clerk) {this.clerk = clerk;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {clerk.sale();   //调用店员售货方法}}}

9 线程按序交替

要求：编写一个程序，开启 3 个线程，这三个线程的 ID 分别为 A、B、C，每个线程将自己的 ID 在屏幕上打印 10 遍，要求输出的结果必须按顺序显示。如：ABCABCABC…… 依次递归

public class TestABCAlternate {public static void main(String[] args) {AlternateDemo ad = new AlternateDemo();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i <= 20; i++) {ad.loopA(i);}}}, "A").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i <= 20; i++) {ad.loopB(i);}}}, "B").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i <= 20; i++) {ad.loopC(i);System.out.println("-----------------------------------");}}}, "C").start();}}class AlternateDemo{private int number = 1; //当前正在执行线程的标记private Lock lock = new ReentrantLock();private Condition condition1 = lock.newCondition();private Condition condition2 = lock.newCondition();private Condition condition3 = lock.newCondition();/*** @param totalLoop : 循环第几轮*/public void loopA(int totalLoop){lock.lock();try {//1. 判断if(number != 1){condition1.await();   //线程A等待}//2. 打印for (int i = 1; i <= 1; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i + "\t" + totalLoop);}//3. 唤醒number = 2;condition2.signal();  //唤醒B线程} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void loopB(int totalLoop){lock.lock();try {//1. 判断if(number != 2){condition2.await();        //线程B等待}//2. 打印for (int i = 1; i <= 1; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i + "\t" + totalLoop);}//3. 唤醒number = 3;condition3.signal();     //唤醒C线程} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void loopC(int totalLoop){lock.lock();try {//1. 判断if(number != 3){condition3.await();      //C线程等待}//2. 打印for (int i = 1; i <= 1; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i + "\t" + totalLoop);}//3. 唤醒number = 1;condition1.signal();     //唤醒A线程} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}}

10 ReadWriteLock 读写锁

ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，另一个用于写入操作。只要没有 writer，读取锁可以由多个 reader 线程同时保持。写入锁是独占的。

ReadWriteLock 读取操作通常不会改变共享资源，但执行写入操作时，必须独占方式来获取锁。对于读取操作占多数的数据结构。 ReadWriteLock 能提供比独占锁更高的并发性。而对于只读的数据结构，其中包含的不变性可以完全不需要考虑加锁操作。

写写/读写需要“互斥”
读读不需要互斥

public class TestReadWriteLock {public static void main(String[] args) {ReadWriteLockDemo rw = new ReadWriteLockDemo();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {rw.set((int)(Math.random() * 101));}}, "Write:").start();for (int i = 0; i < 100; i++) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {rw.get();}}).start();}}}class ReadWriteLockDemo{private int number = 0;private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();//读public void get(){lock.readLock().lock(); //上锁try{System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + number);}finally{lock.readLock().unlock(); //释放锁}}//写public void set(int number){lock.writeLock().lock();try{System.out.println(Thread.currentThread().getName());this.number = number;}finally{lock.writeLock().unlock();}}
}

11 线程8锁

判断打印的 “one” or “two” ？

1. 两个普通同步方法，两个线程，标准打印，打印结果?
1. 新增 Thread.sleep() 给 getOne()，打印结果?
1. 新增普通方法 getThree() , 打印结果?
1. 两个普通同步方法，两个 Number 对象，打印结果?
1. 修改 getOne() 为静态同步方法，打印结果?
1. 修改两个方法均为静态同步方法，一个 Number 对象，打印结果?
1. 一个静态同步方法，一个非静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果?
1. 两个静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果?

要想知道上面线程8锁的答案，需要知晓关键所在：

① 非静态方法的锁默认为 this（实例对象）, 静态方法的锁为对应的 Class 对象（类对象）。
② 某一个时刻，同一个对象，只能有一个线程持有锁，无论几个方法。
③ 锁静态方法，某一个时刻，不同实例对象也只能有一个对象持有锁。

public class TestThread8Monitor {public static void main(String[] args) {Number number = new Number();Number number2 = new Number();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {number.getOne();} }).start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//              number.getTwo();number2.getTwo();}}).start();//     new Thread(new Runnable() {//          @Override
//          public void run() {//              number.getThree();
//          }
//      }).start();}}class Number{public static synchronized void getOne(){try {Thread.sleep(3000);System.out.println("--过了3秒--");} catch (InterruptedException e) {}System.out.println("one");}public static synchronized void getTwo(){System.out.println("two");}public void getThree(){System.out.println("three");}}

答案：

两个普通同步方法，两个线程，一个 Number 对象，标准打印，打印结果? //one two
新增 Thread.sleep() 给 getOne() ,打印结果? // --过了3秒-- one two
新增普通方法 getThree() , 打印结果? //three --过了3秒-- one two
两个普通同步方法，两个 Number 对象，打印结果? //two --过了3秒-- one
修改 getOne() 为静态同步方法，打印结果? //two --过了3秒-- one
修改两个方法均为静态同步方法，一个 Number 对象，打印结果? //–过了3秒-- one two
一个静态同步方法，一个非静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果? //two --过了3秒-- one
两个静态同步方法，两个 Number 对象，打印结果? //–过了3秒-- one two

12 线程池

12.1 线程池介绍

第四种获取线程的方法：线程池。线程池提供了一个线程队列，队列中保存着所有等待状态的线程。避免了创建与销毁额外开销，提高了响应的速度。通常使用 Executors 工厂方法配置。

线程池可以解决两个不同问题：由于减少了每个任务调用的开销，它们通常可以在执行大量异步任务时提供增强的性能，并且还可以提供绑定和管理资源（包括执行任务集时使用的线程）的方法。

12.2 线程池的体系结构

/** java.util.concurrent.Executor : 负责线程的使用与调度的根接口*    |--ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口*       |--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类*       |--ScheduledExecutorService 子接口：负责线程的调度*          |--ScheduledThreadPoolExecutor ：继承 ThreadPoolExecutor， 实现 ScheduledExecutorService*/

12.3 工具类 : Executors

为了便于跨大量上下文使用，此类提供了很多可调整的参数和扩展钩子 (hook)。但是，强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法：

Executors newCachedThreadPool()（缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量，可以进行自动线程回收）
Executors newFixedThreadPool(int)（创建固定大小的线程池）
Executors newSingleThreadExecutor()（线程池中只有一个线程）
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。

public class TestThreadPool {public static void main(String[] args) throws Exception {//1. 创建线程池ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);List<Future<Integer>> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10; i++) {Future<Integer> future = pool.submit(new Callable<Integer>(){@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum = 0;for (int i = 0; i <= 100; i++) {sum += i;}return sum;}});list.add(future);}pool.shutdown();for (Future<Integer> future : list) {System.out.println(future.get());}/*ThreadPoolDemo tpd = new ThreadPoolDemo();//2. 为线程池中的线程分配任务for (int i = 0; i < 10; i++) {pool.submit(tpd);}//3. 关闭线程池pool.shutdown();*/}//  new Thread(tpd).start();
//  new Thread(tpd).start();
}//class ThreadPoolDemo implements Runnable{//
//  private int i = 0;
//
//  @Override
//  public void run() {//      while(i <= 100){//          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i++);
//      }
//  }
//
//}

12.4 线程调度

ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool() : 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。

public class TestScheduledThreadPool {public static void main(String[] args) throws Exception {ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(5);for (int i = 0; i < 5; i++) {Future<Integer> result = pool.schedule(new Callable<Integer>(){@Overridepublic Integer call() throws Exception {int num = new Random().nextInt(100);//生成随机数System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + num);return num;}}, 1, TimeUnit.SECONDS);   //延迟线程，延迟时间，时间单位System.out.println(result.get());}pool.shutdown();}}

13 ForkJoinPool 分支/合并框架工作窃取

13.1 Fork/Join 框架

Fork/Join 框架：就是在必要的情况下，将一个大任务，进行拆分(fork)成若干个小任务（拆到不可再拆时），再将一个个的小任务运算的结果进行 join 汇总。

13.2 Fork/Join 框架与线程池的区别

采用 “工作窃取”模式（work-stealing）：

当执行新的任务时它可以将其拆分分成更小的任务执行，并将小任务加到线程队列中，然后再从一个随机线程的队列中偷一个并把它放在自己的队列中。

相对于一般的线程池实现，fork/join框架的优势体现在对其中包含的任务的处理方式上。在一般的线程池中，如果一个线程正在执行的任务由于某些原因无法继续运行，那么该线程会处于等待状态。而在fork/join框架实现中，如果某个子问题由于等待另外一个子问题的完成而无法继续运行。那么处理该子问题的线程会主动寻找其他尚未运行的子问题来执行。这种方式减少了线程的等待时间，提高了性能。

public class TestForkJoinPool {public static void main(String[] args) {Instant start = Instant.now();ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinSumCalculate(0L, 5000000000L);Long sum = pool.invoke(task);System.out.println(sum);Instant end = Instant.now();System.out.println("耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//2709  拆分也需要时间}@Testpublic void test1(){Instant start = Instant.now();long sum = 0L;for (long i = 0L; i <= 5000000000L; i++) {sum += i;}System.out.println(sum);Instant end = Instant.now();System.out.println("for耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//2057}//java8 新特性@Testpublic void test2(){Instant start = Instant.now();Long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 5000000000L).parallel().reduce(0L, Long::sum);System.out.println(sum);Instant end = Instant.now();System.out.println("java8 新特性耗费时间为：" + Duration.between(start, end).toMillis());//1607}
}class ForkJoinSumCalculate extends RecursiveTask<Long>{/*** */private static final long serialVersionUID = -259195479995561737L;private long start;private long end;private static final long THURSHOLD = 10000L;  //临界值public ForkJoinSumCalculate(long start, long end) {this.start = start;this.end = end;}@Overrideprotected Long compute() {long length = end - start;if(length <= THURSHOLD){long sum = 0L;for (long i = start; i <= end; i++) {sum += i;}return sum;}else{long middle = (start + end) / 2;ForkJoinSumCalculate left = new ForkJoinSumCalculate(start, middle); left.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列ForkJoinSumCalculate right = new ForkJoinSumCalculate(middle+1, end);right.fork(); //进行拆分，同时压入线程队列return left.join() + right.join();}}}

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