多线程知识点简单介绍

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 


       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。

       我们可以通过同步来保证对象被安全地发布。除此之外我们也可以 使用一种更加轻量级的 volatile 变量。

      Java 提供了volatile 变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。可以将 volatile看做一个轻量级的锁，但是又与锁有些不同:

  （1）对于多线程，不是一种互斥关系

  （2）不能保证变量状态的“原子性操作”

3.原子变量-CAS算法 


       类 AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong 和 AtomicReference 的实例各自提供对相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。

      CAS (Compare-And-Swap) 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。

      基本的ABA问题举例

     在CAS算法中，需要取出内存中某时刻的数据（由用户完成），在下一时刻比较并替换（由CPU完成，该操作是原子的）。这个时间差中，会导致数据的变化。

假设如下事件序列：

1. 线程 1 从内存位置V中取出A。
2. 线程 2 从位置V中取出A。
3. 线程 2 进行了一些操作，将B写入位置V。
4. 线程 2 将A再次写入位置V。
5. 线程 1 进行CAS操作，发现位置V中仍然是A，操作成功。

尽管线程 1 的CAS操作成功，但不代表这个过程没有问题——对于线程 1 ，线程 2 的修改已经丢失。

     加入版本号即可解决。

4.ConcurrentHashMap 锁分段机制 

     Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器的性能。

     ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对与多线程的操作，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。jdk1.7中采用Segment + HashEntry的方式进行实现，jdk1.8中放弃了Segment臃肿的设计，取而代之的是采用Node + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现。

   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。

5.CountDownLatch 闭锁 

       CountDownLatch 一个同步辅助类，利用它可以实现类似计数器的功能，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。

       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。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 100, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(5));

        int count = 10;

        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);

        for (int i = 0; i < count; i++) {

            threadPool.execute(new MyRunnable1(latch, i));

        }

        latch.await();

        System.err.println("等待线程被唤醒！");

        threadPool.shutdown();

    }



class MyRunnable1 implements Runnable {

    CountDownLatch latch = null;

    int i;


    public MyRunnable1(CountDownLatch latch, int i) {

        this.latch = latch;

        this.i = i;

    }


    @Override

    public void run() {

        System.err.println("线程" + i +"完成了操作...");

        try {

            Thread.currentThread();

            Thread.sleep(4000);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        latch.countDown();

   }

}

 

      1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：

      CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；

      而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；

      另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。

      2）Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。

6.实现 Callable 接口 

       Callable 接口类似于 Runnable，两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出经过检查的异常。Callable 需要依赖FutureTask ，FutureTask 也可以用作闭锁。

7.Lock 同步锁 


       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。

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。

9.线程按序交替 


        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

       参考链接：https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/6428810.html

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。

11.线程八锁 


       一个对象里面如果有多个synchronized方法，某一个时刻内，只要一个线程去调用 其中的一个synchronized方法了，其它的线程都只能等待，换句话说，某一个时刻 内，只能有唯一一个线程去访问这些synchronized方法。

       所谓线程八锁实际上对应于是否加上synchronized，是否加上static等8种常见情况。

       • 所有的非静态同步方法用的都是同一把锁——实例对象本身，锁的是当前对象this，被锁定后，其它的线程都不能进入到当前对象的其它的 synchronized方法，也就是说如果一个实例对象的非静态同步方法获取锁后，该实例对象的其他非静态同步方法必须等待获取锁的方法释放锁后才能获取锁，可是别的实例对象的非静态同步方法因为跟该实例对象的非静态同步方法用的是不同的锁，所以毋须等待该实例对象已获取锁的非静态同步方法释放锁就可以获取他们自己的锁。

       • 所有的静态同步方法用的也是同一把锁——类对象本身，这两把锁是两个不同的对 象，所以静态同步方法与非静态同步方法之间是不会有竞态条件的。但是一旦一个静态同步方法获取锁后，其他的静态同步方法都必须等待该方法释放锁后才能获取锁，而不管是同一个实例对象的静态同步方法之间，还是不同的实例对象的静态同步方法之间，只要它们同一个类的实例对象!

12.线程池 


        线程池，一个 ExecutorService，它使用可能的几个线程池之一执行每个提交的任务，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。每个 ThreadPoolExecutor 还维护着一些基本的统计数据，如完成的任务数。

        Executors 工厂方法 :

        Executors.newCachedThreadPool()(无界线程池，可以进行自动线程回收)

        Executors.newFixedThreadPool(int)(固定大小线程池)

        Executors.newSingleThreadExecutor()(单个后台线程)

13.线程生命周期