Java JUC高并发编程(一)
2024-06-03 09:24:11
目录
一、概述
二、Lock接口
三、线程间的通信
解决虚假唤醒问题
Lock通信示例：
四、线程间定制化通信
一、概述
JUC就是java.util.concurrent工具包的简称，这是一个处理线程的工具包，JDK1.5开始出现的。
管程：又称Monitor监视器，又是锁：是一种同步的机制，保证同一时间，只有一个线程访问被保护的数据或代码。
用户线程：自定义线程基本都是用户线程。通过Thread.currentThread().isDaemon()来判断是否是用户线程，等于 false是用户线程。等于true 是守护线程。
守护线程：特殊线程，运行在后台，比如：垃圾回收
设置守护线程： 线程.setDaemon(true); 在执行start()之前设置。
1、主线程结束了，用户线程还在运行，jvm存活。
2、没有用户线程了，都是守护线程，jvm结束。
二、Lock接口
Lock中常用方法:
1.void lock():获取锁。
2.void lockInterruptibly():如果当前线程未被中断，则获取锁。
3.Condition newCondition():返回绑定到此 Lock 实例的新 Condition 实例。
4.boolean tryLock():仅在调用时锁为空闲状态才获取该锁。
5.boolean tryLock(long time, TimeUnit unit):如果锁在给定的等待时间内空闲，
并且当前线程未被中断，则获取锁。
6.void unlock():释放锁。Condition接口
//@since 1.5
public interface Condition {Condition接口中常用方法
1.void await():造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
2.boolean await(long time, TimeUnit unit):造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定
等待时间之前一直处于等待状态。
3.long awaitNanos(long nanosTimeout):造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时
间之前一直处于等待状态。
4.void awaitUninterruptibly():造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。
5.boolean awaitUntil(Date deadline):造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期
限之前一直处于等待状态。
6.void signal():唤醒一个等待线程。
7.void signalAll():唤醒所有等待线程。面试题：Lock与Synchronized的区别？用新的Lock有什么好处?举例说说?
Lock不是Java语言内置的，Synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。
Synchronized不需要用户手动释放锁，当Synchronized方法或者Synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用，而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁的现象。
1、原始构成
synchronized是关键字属于JVM层面，monitorenter(底层是通过monitor对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象只有在同步块或方法中才能调wait/notify等方法)
monitorexit
Lock是具体类(java.util.concurrent.Locks.Lock)是api层面的锁。
2、使用方法
synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized代码执行完成后系统会自动让线程释放对锁的占用
ReentrantLock则需要用户去手动释放锁，若没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象
3、等待是否可中断
synchronized不可中断，除非抛出异常或者正常运行完成
ReentrantLock可中断，1.设置超时方法tryLock(long timeout,TimeUnit unit)
2.lockInterruptibly()放代码块中，调用interrupt()方法可中断
4、加锁是否公平
synchronized非公平锁
ReentrantLock两者都可以，默认非公平锁
5、锁绑定多个条件Condition
synchronized没有
ReentrantLock用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，可以精确唤醒，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程
示例：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class LockSaleTicket {public static void main(String[] args) {LockTicket lockTicket = new LockTicket();new Thread(()-> {for (int i = 0; i < 40; i++) {lockTicket.sale();}},"aa").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i < 40; i++) {lockTicket.sale();}},"bb").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i < 40; i++) {lockTicket.sale();}},"cc").start();}}class LockTicket{private int number = 30;private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//卖票方法public void sale() {lock.lock();try {if (number >0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖出" + (number--)+" 剩余:"+number);}} finally {lock.unlock();}}}三、线程间的通信
/*** 线程通信的例子:有2个线程实现对一个初始值是0的变量* 一个线程对值+1、一个线程对值-1* A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * ....*/
class Share{//初始值private int number = 0;//+1方法public synchronized void add() throws InterruptedException {if (number != 0) {//number不是0，等待wait();}number++;//number值是0就+1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);notifyAll();}//-1方法public synchronized void subtract() throws InterruptedException {if (number != 1) {//number不是1，等待wait();}number--;//number值是1就-1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);notifyAll();}}public class ThreadDemo1 {public static void main(String[] args) {Share share = new Share();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"A").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"B").start();}}结果：
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0上面示例如果再增加2个线程一个+1，一个-1.结果还是正确的吗？
/*** 线程通信的例子:有2个线程实现对一个初始值是0的变量* 一个线程对值+1、一个线程对值-1* A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * ....*/
class Share{//初始值private int number = 0;//+1方法public synchronized void add() throws InterruptedException {if (number != 0) {//number不是0，等待wait();}number++;//number值是0就+1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);notifyAll();}//-1方法public synchronized void subtract() throws InterruptedException {if (number != 1) {//number不是1，等待wait();}number--;//number值是1就-1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);notifyAll();}}public class ThreadDemo1 {public static void main(String[] args) {Share share = new Share();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"A").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"B").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"C").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"D").start();}}
结果：
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
A :: 2
C :: 3
B :: 2
C :: 3
A :: 4
C :: 5
B :: 4
C :: 5
A :: 6
C :: 7
D :: 6
B :: 5
D :: 4
C :: 5
A :: 6
C :: 7
D :: 6
B :: 5
D :: 4
C :: 5
D :: 4
C :: 5
D :: 4
C :: 5
D :: 4结果和预期结果不符。原因是虚假唤醒问题。
解决虚假唤醒问题
wait()在哪里睡，就在哪里醒
解决方式：把if判断换成while判断，等线程醒来之后会继续进行判断，不满足条件继续睡，直到满足条件继续往下执行。
/*** 线程通信的例子:有2个线程实现对一个初始值是0的变量* 一个线程对值+1、一个线程对值-1* A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * ....*/
class Share{//初始值private int number = 0;//+1方法public synchronized void add() throws InterruptedException {while (number != 0) {//number不是0，等待wait();}number++;//number值是0就+1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);notifyAll();}//-1方法public synchronized void subtract() throws InterruptedException {while (number != 1) {//number不是1，等待wait();}number--;//number值是1就-1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);notifyAll();}}public class ThreadDemo1 {public static void main(String[] args) {Share share = new Share();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"A").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"B").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"C").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"D").start();}}结果：
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
D :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
D :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
D :: 0
A :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
A :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0Lock通信示例：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** 线程通信的例子:有2个线程实现对一个初始值是0的变量* 一个线程对值+1、一个线程对值-1* A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * A线程 1 B线程 0 * ....*/
class Share{private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition condition = lock.newCondition(); //初始值private int number = 0;//+1方法public void add() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (number != 0) {//number不是0，等待condition.await();}number++;//number值是0就+1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);condition.signalAll();} finally {lock.unlock();}}//-1方法public void subtract() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (number != 1) {//number不是1，等待condition.await();}number--;//number值是1就-1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);condition.signalAll();} finally {lock.unlock();}}}public class ThreadDemo2 {public static void main(String[] args) {Share share = new Share();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"A").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"B").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.add();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"C").start();new Thread(()-> {for (int i = 0; i <= 10; i++) {try {share.subtract();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"D").start();}}结果：
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
A :: 1
B :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0
C :: 1
D :: 0四、线程间定制化通信
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** 线程间定制化通信的例子:* 有3个线程，按照如下进行打印* A线程 打印2次 B线程 打印3次 C线程 打印5次 * A线程 打印2次 B线程 打印3次 C线程 打印5次 * A线程 打印2次 B线程 打印3次 C线程 打印5次 * ....* 打印5轮*/
class ShareResource{private int flag = 1;//1:A、2:B、3:Cprivate final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition c1 = lock.newCondition(); private final Condition c2 = lock.newCondition(); private final Condition c3 = lock.newCondition(); //打印2次public void print2(int loop) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (flag != 1) {//flag不是1，等待c1.await();}for (int i = 1; i <=2; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: "+ i +" 轮数:"+ loop);}flag=2;c2.signal();} finally {lock.unlock();}}//打印3次public void print3(int loop) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (flag != 2) {//flag不是2，等待c2.await();}for (int i = 1; i <=3; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: "+ i +" 轮数:"+ loop);}flag=3;c3.signal();} finally {lock.unlock();}}//打印5次public void print5(int loop) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (flag != 3) {//flag不是3，等待c3.await();}for (int i = 1; i <=5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: "+ i +" 轮数:"+ loop);}flag=1;c1.signal();} finally {lock.unlock();}}
}
public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {ShareResource share = new ShareResource();new Thread(()-> {for (int i = 1; i <= 5; i++) {try {share.print2(i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"A").start();new Thread(()-> {for (int i = 1; i <= 5; i++) {try {share.print3(i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"B").start();new Thread(()-> {for (int i = 1; i <= 5; i++) {try {share.print5(i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}},"C").start();}
}结果：
A :: 1 轮数:1
A :: 2 轮数:1
B :: 1 轮数:1
B :: 2 轮数:1
B :: 3 轮数:1
C :: 1 轮数:1
C :: 2 轮数:1
C :: 3 轮数:1
C :: 4 轮数:1
C :: 5 轮数:1
A :: 1 轮数:2
A :: 2 轮数:2
B :: 1 轮数:2
B :: 2 轮数:2
B :: 3 轮数:2
C :: 1 轮数:2
C :: 2 轮数:2
C :: 3 轮数:2
C :: 4 轮数:2
C :: 5 轮数:2
A :: 1 轮数:3
A :: 2 轮数:3
B :: 1 轮数:3
B :: 2 轮数:3
B :: 3 轮数:3
C :: 1 轮数:3
C :: 2 轮数:3
C :: 3 轮数:3
C :: 4 轮数:3
C :: 5 轮数:3
A :: 1 轮数:4
A :: 2 轮数:4
B :: 1 轮数:4
B :: 2 轮数:4
B :: 3 轮数:4
C :: 1 轮数:4
C :: 2 轮数:4
C :: 3 轮数:4
C :: 4 轮数:4
C :: 5 轮数:4
A :: 1 轮数:5
A :: 2 轮数:5
B :: 1 轮数:5
B :: 2 轮数:5
B :: 3 轮数:5
C :: 1 轮数:5
C :: 2 轮数:5
C :: 3 轮数:5
C :: 4 轮数:5
C :: 5 轮数:5
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