future.cancel不能关闭线程_多线程与高并发笔记

1. 创建线程的四种方式

实现Runnable 重写run方法
继承Thread 重写run方法
线程池创建 Executors.newCachedThreadPool()
实现Callable接口

2. Thread线程操作方法

当前线程睡眠指定mills毫秒

Thread.sleep([mills])

当前线程优雅让出执行权

Thread.yield()

例如Thread t1, t2，在t2的run方法中调用t1.join(),线程t2将等待t1完成后执行

join

3. Thread状态

4. synchronized

锁住的是对象而不是代码
this 等价于当前类.class
锁定方法，非锁定方法同时进行
锁在执行过程中发生异常会自动释放锁
synchronized获得的锁是可重入的
锁升级偏向锁-自旋锁-重量级锁
synchronized(object)不能用String常量/Integer，Long等基本数据类型
锁定对象的时候要保证对象不能被重写，最好加final定义

4. volatile

保证线程可见性
禁止指令重排序
volatile并不能保证多个线程修改的一致性，要保持一致性还是需要synchronized关键字
volatile 引用类型（包括数组）只能保证引用本身的可见性，不能保证内部字段的可见性
volatile关键字只能用于变量而不可以修饰方法以及代码块

5. synchronized与AtomicLong以及LongAdder的效率对比

Synchronized 是需要加锁的，效率偏低；
AtomicLong 不需要申请锁，使用CAS机制；
LongAdder 使用分段锁，所以效率好，在并发数量特别高的时候，LongAdder最合适

6. ConcurrentHashMap的分段锁原理

分段锁就是将数据分段上锁，把锁进一步细粒度化，有助于提升并发效率。
HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因是所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁，假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段地存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。

7. ReentrantLock

ReentrantLock可以替代synchronized
但是ReentrantLock必须手动开启锁/关闭锁，synchronized遇到异常会自动释放锁，ReentrantLock需要手动关闭，一般都是放在finally中关闭
定义锁 Lock lock = new ReentrantLock();
开启 lock.lock();
关闭 lock.unlock();
使用Reentrantlock可以进行“尝试锁定”tryLock，这样无法锁定，或者在指定时间内无法锁定，线程可以决定是否继续等待。
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，如果tryLock未锁定，则不需要unlock
使用ReentrantLock还可以调用lockInterruptibly方法，可以对线程interrupt方法做出响应，在一个线程等待锁的过程中，可以被打断
new ReentrantLock(true) 表示公平锁，不带参数默认为false，非公平锁

8. CountDownLatch

countDownLatch这个类可以使一个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行。
是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值是线程的数量。当调用countDown()方法后，每当一个线程执行完毕后，计数器的值就-1，当计数器的值为0时，表示所有线程都执行完毕，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复工作了。
线程中调用countDown()方法开始计数；
在调用await()方法的线程中，当计数器为0是后续才会继续执行，否则一直等待；
也可以使用latch.await(timeout, unit)在等待timeout时间后如果计数器不为0，线程仍将继续。
countDown()之后的代码不受计数器控制
与join区别，使用join的线程将被阻塞，使用countDown的线程不受影响，只有调用await的时候才会阻塞

8. CyclicBarrier

作用就是会让指定数量的（数量由构造函数指定）所有线程都等待完成后才会继续下一步行动。
构造函数：
public CyclicBarrier(int parties)
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
parties 是线程的个数；
barrierAction为最后一个到达线程要做的任务
所有线程会等待全部线程到达栅栏之后才会继续执行，并且最后到达的线程会完成 Runnable 的任务。
实现原理：在CyclicBarrier的内部定义了一个Lock对象，每当一个线程调用await方法时，将拦截的线程数减1，然后判断剩余拦截数是否为初始值parties，如果不是，进入Lock对象的条件队列等待。如果是，执行barrierAction对象的Runnable方法，然后将锁的条件队列中的所有线程放入锁等待队列中，这些线程会依次的获取锁、释放锁。

9. Phaser

可重复使用的同步屏障，功能类似于CyclicBarrier和CountDownLatch，但支持更灵活的使用。
Phaser使我们能够建立在逻辑线程需要才去执行下一步的障碍等。
我们可以协调多个执行阶段，为每个程序阶段重用Phaser实例。每个阶段可以有不同数量的线程等待前进到另一个阶段。我们稍后会看一个使用阶段的示例。
要参与协调，线程需要使用Phaser实例 register() 本身。请注意：这只会增加注册方的数量，我们无法检查当前线程是否已注册 - 我们必须将实现子类化以支持此操作。
线程通过调用 arriAndAwaitAdvance() 来阻止它到达屏障，这是一种阻塞方法。当数量到达等于注册的数量时，程序的执行将继续，并且数量将增加。我们可以通过调用getPhase（）方法获取当前数量。

10. ReadWriteLock

ReadWriteLock的具体实现是ReentrantReadWriteLock
ReadWriteLock允许分别创建读锁跟写锁

ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = readWriteLock.readLock();
Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

使用ReadWriteLock时，适用条件是同一个数据，有大量线程读取，但仅有少数线程修改。
ReadWriteLock可以保证：

只允许一个线程写入（其他线程既不能写入也不能读取）；
没有写入时，多个线程允许同时读（提高性能）

读写分离锁可以有效地帮助减少锁竞争，以提高系统性能,读写锁读读之间不互斥，读写，写写都是互斥的

11. Semaphore

Semaphore 是一个计数信号量，必须由获取它的线程释放。常用于限制可以访问某些资源的线程数量，例如通过 Semaphore 限流。
对于Semaphore来说，它要保证的是资源的互斥而不是资源的同步，在同一时刻是无法保证同步的，但是却可以保证资源的互斥。只是限制了访问某些资源的线程数，其实并没有实现同步。
常用方法:
1、acquire(int permits)
从此信号量获取给定数目的许可，在提供这些许可前一直将线程阻塞，或者线程已被中断。就好比是一个学生占两个窗口。这同时也对应了相应的release方法。
2、release(int permits)
释放给定数目的许可，将其返回到信号量。这个是对应于上面的方法，一个学生占几个窗口完事之后还要释放多少
3、availablePermits()
返回此信号量中当前可用的许可数。也就是返回当前还有多少个窗口可用。
4、reducePermits(int reduction)
根据指定的缩减量减小可用许可的数目。
5、hasQueuedThreads()
查询是否有线程正在等待获取资源。
6、getQueueLength()
返回正在等待获取的线程的估计数目。该值仅是估计的数字。
7、tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
如果在给定的等待时间内此信号量有可用的所有许可，并且当前线程未被中断，则从此信号量获取给定数目的许可。
8、acquireUninterruptibly(int permits)
从此信号量获取给定数目的许可，在提供这些许可前一直将线程阻塞。

12. Exchanger

用于两个工作线程之间交换数据的封装工具类，简单说就是一个线程在完成一定的事务后想与另一个线程交换数据，则第一个先拿出数据的线程会一直等待第二个线程，直到第二个线程拿着数据到来时才能彼此交换对应数据。其定义为 Exchanger 泛型类型，其中 V 表示可交换的数据类型，对外提供的接口很简单，具体如下：
Exchanger()：无参构造方法。
V exchange(V v)：等待另一个线程到达此交换点（除非当前线程被中断），然后将给定的对象传送给该线程，并接收该线程的对象。
V exchange(V v, long timeout, TimeUnit unit)：等待另一个线程到达此交换点（除非当前线程被中断或超出了指定的等待时间），然后将给定的对象传送给该线程，并接收该线程的对象。

13. LockSupport

LockSupport 是一个非常方便实用的线程阻塞工具，他可以在任意位置让线程阻塞。
LockSupport 的静态方法 park（）可以阻塞当前线程，类似的还有 parkNanos()，parkUntil(）等，他们实现了一个限时的等待。

同样的，有阻塞的方法，当然有唤醒的方法，什么呢？unpark（Thread）方法。该方法可以将指定线程唤醒。
需要注意的是：park 方法和 unpark 方法执行顺序不是那么的严格。比如我们在 Thread 类中提到的 suspend 方法和resume 方法，如果顺序错误，将导致永远无法唤醒，但 park 方法和 unpark 方法则不会,因为 LockSupport 使用了类似信号量的机制。他为每一个线程准备了一个许可（默认不可用），如果许可能用，那么 park 函数会立即返回，并且消费这个许可（也就是将许可变为不可用），如果许可不可用，将会阻塞。而 unpark 方法则使得一个许可变为可用

14. AQS

AQS 为 AbstractQueuedSynchronizer 的简称
AQS是JDK下提供的一套用于实现基于FIFO等待队列的阻塞锁和相关的同步器的一个同步框架。
这个抽象类被设计为作为一些可用原子int值来表示状态的同步器的基类。
AQS管理一个关于状态信息的单一整数，该整数可以表现任何状态。
#比如
Semaphore 用它来表现剩余的许可数，
ReentrantLock 用它来表现拥有它的线程已经请求了多少次锁；
FutureTask 用它来表现任务的状态(尚未开始、运行、完成和取消)

使用须知

Usage

To use this class as the basis of a synchronizer, redefine the following methods, as applicable, by inspecting and/or modifying the synchronization state using {@link #getState}, {@link #setState} and/or {@link #compareAndSetState}:

{@link #tryAcquire}
{@link #tryRelease}
{@link #tryAcquireShared}
{@link #tryReleaseShared}>
{@link #isHeldExclusively}

以上方法不需要全部实现，根据获取的锁的种类可以选择实现不同的方法:
支持独占(排他)获取锁的同步器应该实现tryAcquire、 tryRelease、isHeldExclusively;
支持共享获取锁的同步器应该实现tryAcquireShared、tryReleaseShared、isHeldExclusively。

AQS浅析

AQS的实现主要在于维护一个"volatile int state"（代表共享资源）和
一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。
队列中的每个节点是对线程的一个封装，包含线程基本信息，状态，等待的资源类型等。
#state的访问方式有三种:
getState()
setState()
compareAndSetState()
#AQS定义两种资源共享方式
Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）
Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）
不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。
自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，
至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。
自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：
isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。以ReentrantLock为例
state初始化为0，表示未锁定状态。
A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。
此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。
当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。
但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。以CountDownLatch以例
任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。
这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。
等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。
一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，
他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。
但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如"ReentrantReadWriteLock"。

15. 锁基本概念

公平锁/非公平锁
可重入锁
独享锁/共享锁
互斥锁/读写锁
乐观锁/悲观锁
分段锁
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
自旋锁

公平锁/非公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，
有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁;
有可能会造成优先级反转或者饥饿现象。
对于Java ReentrantLock而言，通过构造函数指定该锁是否是公平锁，默认是非公平锁。
非公平锁的优点在于吞吐量比公平锁大。
对于Synchronized而言，也是一种非公平锁。
由于其并不像ReentrantLock是通过AQS的来实现线程调度,
所以并没有任何办法使其变成公平锁。

可重入锁

可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。
ReentrantLock, Synchronized都是可重入锁。
可重入锁的一个好处是可一定程度避免死锁

独享(排他)锁/共享锁

独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。
共享锁是指该锁可被多个线程所持有。
对于ReentrantLock而言，其是独享锁。
但是对于Lock的另一个实现类ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读，写写的过程是互斥的。
独享锁与共享锁也是通过AQS来实现的，通过实现不同的方法，来实现独享或者共享。
对于Synchronized而言，当然是独享锁。

互斥锁/读写锁

上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。
互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock
读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock

乐观锁/悲观锁

乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。悲观锁 (Synchronized 和 ReentrantLock)
认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。
因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。
悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。乐观锁 (java.util.concurrent.atomic包)
认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。
在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。
乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。
悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，
不加锁会带来大量的性能提升。
悲观锁在Java中的使用，就是利用各种锁。
乐观锁在Java中的使用，是无锁编程，常常采用的是CAS算法。
典型的例子就是原子类，通过CAS自旋实现原子操作的更新。

分段锁

分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，ConcurrentHashMap并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，
它类似于HashMap（JDK7与JDK8中HashMap的实现）的结构，
即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；
同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock)。
当需要put元素的时候，并不是对整个hashmap进行加锁，
而是先通过hashcode来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，
所以当多线程put的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。
但是，在统计size的时候，可就是获取hashmap全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。
分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，
就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

这三种锁是指锁的状态，并且是针对Synchronized。
在Java 5通过引入锁升级的机制来实现高效Synchronized。
这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。偏向锁
是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。轻量级锁
是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，
其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。重量级锁
是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，
当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。
重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。