JUC笔记

1、什么是 JUC

JUC就是 java.util 下的工具包、包、分类等。

在这里插入图片描述

普通的线程代码：

Thread
Runnable 没有返回值、效率相比入 Callable 相对较低！
Callable 有返回值！

2、线程和进程

线程、进程，如果不能使用一句话说出来的技术，不扎实！

进程：一个程序，QQ.exe Music.exe 程序的集合；
一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个！
Java默认有2个线程？ mian、GC
线程：开了一个进程 Typora，写字，自动保存（线程负责的）
对于Java而言提供了：Thread、Runnable、Callable操作线程。

Java 真的可以开启线程吗？ 答案是：开不了的！

public synchronized void start() {/*** This method is not invoked for the main method thread * or "system" group threads created/set up by the VM. Any new * functionality added to this method in the future may have to * also be added to the VM.A zero status value corresponds to * state "NEW".*/if (threadStatus != 0)throw new IllegalThreadStateException();/* * Notify the group that this thread is about to be started* so that it can be added to the group's list of threads* and the group's unstarted count can be decremented. */group.add(this);boolean started = false;try {start0();started = true;} finally {try {if (!started) {group.threadStartFailed(this);}} catch (Throwable ignore) {/* do nothing. If start0 threw a Throwable thenit will be passed up the call stack */}}
}
// 本地方法，底层操作的是C++ ，Java 无法直接操作硬件
private native void start0();

并发、并行

并发编程：并发、并行

并发（多线程操作同一个资源）

一核CPU，模拟出来多条线程，快速交替。

并行（多个人一起行走）

多核CPU ，多个线程可以同时执行； eg: 线程池！

public class Test1 {public static void main(String[] args) {// 获取cpu的核数 // CPU 密集型，IO密集型 System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());// 如果电脑是8核，则结果输出8} 
}

并发编程的本质：充分利用CPU的资源

线程有几个状态（6个）

public enum State {/*** Thread state for a thread which has not yet started.* 线程新生状态*/NEW,/*** Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable* state is executing in the Java virtual machine but it may* be waiting for other resources from the operating system* such as processor.* 线程运行中*/RUNNABLE,/*** Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.* A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock* to enter a synchronized block/method or* reenter a synchronized block/method after calling* {@link Object#wait() Object.wait}.* 线程阻塞状态*/BLOCKED,/*** Thread state for a waiting thread.* A thread is in the waiting state due to calling one of the* following methods:* <ul>*   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>*   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>*   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>* </ul>** <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to* perform a particular action.** For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>* on an object is waiting for another thread to call* <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on* that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>* is waiting for a specified thread to terminate.* 线程等待状态，死等*/WAITING,/*** Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.* A thread is in the timed waiting state due to calling one of* the following methods with a specified positive waiting time:* <ul>*   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>*   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>*   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>*   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>*   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>* </ul>* 线程超时等待状态，超过一定时间就不再等*/TIMED_WAITING,/*** Thread state for a terminated thread.* The thread has completed execution.* 线程终止状态，代表线程执行完毕*/TERMINATED;
}

wait/sleep 区别

1、二者来自不同的类

wait => Object
sleep => Thread

2、关于锁的释放

wait 会释放锁
sleep 睡觉了，抱着锁睡觉，不会释放！

3、使用的范围是不同的

wait 必须在同步代码块中使用
sleep 可以再任何地方睡眠

3、Synchronized锁

传统 Synchronized锁

来看一个多线程卖票例子

package com.haust.juc01;
/** @Auther: csp1999* @Date: 2020/07/21/13:59* @Description: 卖票例子*/
public class SaleTicketTDemo01 {/** 真正的多线程开发，公司中的开发，降低耦合性* 线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作！* 1、 属性、方法*/public static void main(String[] args) {//并发：多个线程同时操作一个资源类，把资源类丢入线程Ticket ticket = new Ticket();// @FunctionalInterface 函数式接口，jdk1.8 lambada表达式new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 50; i++) {ticket.sale();}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 50; i++) {ticket.sale();}}, "B").start();new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 50; i++) {ticket.sale();}}, "C").start();}
}
//资源类 OOP
class Ticket {//属性、方法private int number = 50;// 卖票的方式// synchronized 本质: 队列，锁public synchronized void sale() {if (number > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" +(50-(--number)) + "张票，剩余:" + number + "张票");}}
}

4、Lock锁(重点)

Lock 接口

在这里插入图片描述

公平锁：十分公平，线程执行顺序按照先来后到顺序
非公平锁：十分不公平：可以插队（默认锁）

将上面的卖票例子用lock锁替换synchronized：

package com.haust.juc01;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/** @Auther: csp1999* @Date: 2020/07/21/13:59* @Description: 卖票例子2*/
public class SaleTicketTDemo02 {public static void main(String[] args) {//并发：多个线程同时操作一个资源类，把资源类丢入线程Ticket2 ticket = new Ticket2();// @FunctionalInterface 函数式接口，jdk1.8 lambada表达式new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 50; i++) {ticket.sale();}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 50; i++) {ticket.sale();}}, "B").start();new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 50; i++) {ticket.sale();}}, "C").start();}
}
//Lock 3步骤
// 1. new ReentrantLock();
// 2. lock.lock()  加锁
// 3. lock.unlock() 解锁
class Ticket2 {//属性、方法private int number = 50;Lock lock = new ReentrantLock();// 卖票方式public void sale() {lock.lock();// 加锁try {// 业务代码if (number > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" +(50 - (--number)) + "张票，剩余:" + number + "张票");}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();// 解锁}}
}

Synchronized 和 Lock 区别：

1、Synchronized 内置的Java关键字， Lock 是一个Java类
2、Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是否获取到了锁
3、Synchronized 会自动释放锁，lock 必须要手动释放锁！如果不释放锁，死锁
4、Synchronized 线程 1（获得锁，如果线程1阻塞）、线程2（等待，傻傻的等）；Lock锁就不一定会等待下去；
5、Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平；Lock ，可重入锁，可以判断锁，非公平（可以自己设置）；
6、Synchronized 适合锁少量的代码同步问题，Lock 适合锁大量的同步代码！

锁是什么，如何判断锁的是什么！

这个问题在之后会举例分析。

5、生产者和消费者问题

面试常考的问题：单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁

生产者和消费者问题 Synchronized 版

package com.haust.pc;
/*** 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！  等待唤醒，通知唤醒* 线程交替执行  A   B 操作同一个变量   num = 0* A num+1* B num-1*/
public class A {public static void main(String[] args) {Data data = new Data();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.increment();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.decrement();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "B").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.increment();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "C").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.decrement();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "D").start();}
}
// 判断等待，业务，通知
class Data {// 数字 资源类private int number = 0;//+1public synchronized void increment() throws InterruptedException {/*假设 number此时等于1，即已经被生产了产品如果这里用的是if判断，如果此时A,C两个生产者线程争夺increment()方法执行权假设A拿到执行权，经过判断number!=0成立，则A.wait()开始等待（wait()会释放锁），然后C试图去执行生产方法，但依然判断number!=0成立，则B.wait()开始等待（wait()会释放锁）碰巧这时候消费者线程线程B/D去消费了一个产品，使number=0然后，B/D消费完后调用this.notifyAll();这时候2个等待中的生产者线程继续生产产品，而此时number++ 执行了2次同理，重复上述过程，生产者线程继续wait()等待，消费者调用this.notifyAll();然后生产者继续超前生产，最终导致‘产能过剩’，即number大于1if(number != 0){// 等待this.wait();}*/while (number != 0) {// 注意这里不可以用if 否则会出现虚假唤醒问题，解决方法将if换成while// 等待this.wait();}number++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);// 通知其他线程，我+1完毕了this.notifyAll();}//-1public synchronized void decrement() throws InterruptedException {while (number == 0) {// 等待this.wait();}number--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);// 通知其他线程，我-1完毕了this.notifyAll();}
}

问题存在，A B C D 4 个线程！虚假唤醒

首先到CHM 官方文档 java.lang包下找到Object ，然后找到wait()方法：

在这里插入图片描述

因此上述代码中必须使用while判断，而不能使用if

JUC版的生产者和消费者问题

请添加图片描述

官方文档中通过Lock 找到 Condition

请添加图片描述

点入Condition 查看

请添加图片描述

代码实现：

package com.haust.pc;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/*** 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！  等待唤醒，通知唤醒* 线程交替执行  A   B 操作同一个变量   num = 0* A num+1* B num-1*/
public class B {public static void main(String[] args) {Data2 data = new Data2();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.increment();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.decrement();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "B").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.increment();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "C").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.decrement();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "D").start();}
}
// 判断等待，业务，通知
class Data2 {// 数字 资源类private int number = 0;Lock lock = new ReentrantLock();Condition condition = lock.newCondition();//condition.await(); // 等待 //condition.signalAll(); // 唤醒全部//+1public  void increment() throws InterruptedException {lock.lock();try {// 业务代码while (number != 0) {// 等待condition.await();}number++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);// 通知其他线程，我+1完毕了condition.signal();}catch (Exception e){e.printStackTrace();}finally {lock.unlock();}}//-1public  void decrement() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (number == 0) {// 等待condition.await();}number--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);// 通知其他线程，我-1完毕了condition.signal();}catch (Exception e){e.printStackTrace();}finally {lock.unlock();}}
}

任何一个新的技术，绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术，是有其对旧技术的优势和补充！

Condition 精准的通知和唤醒线程

上述代码运行结果如图：

请添加图片描述

问题：ABCD线程抢占执行的顺序是随机的，如果想让ABCD线程有序执行，该如何改进代码？

代码实现：

package com.haust.pc;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/** A 执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A*/
public class C {public static void main(String[] args) {Data3 data = new Data3();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {data.printA();}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {data.printB();}}, "B").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {data.printC();}}, "C").start();}
}
class Data3 {// 资源类 Lockprivate Lock lock = new ReentrantLock();private Condition condition1 = lock.newCondition();private Condition condition2 = lock.newCondition();private Condition condition3 = lock.newCondition();private int number = 1; // number=1 A执行  number=2 B执行 number=3 C执行public void printA() {lock.lock();try {// 业务，判断-> 执行-> 通知while (number != 1) {// A等待condition1.await();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>AAAAAAA");// 唤醒，唤醒指定的人，Bnumber = 2;condition2.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void printB() {lock.lock();try {// 业务，判断-> 执行-> 通知while (number != 2) {// B等待condition2.await();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>BBBBBBBBB");// 唤醒，唤醒指定的人，cnumber = 3;condition3.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void printC() {lock.lock();try {// 业务，判断-> 执行-> 通知// 业务，判断-> 执行-> 通知while (number != 3) {// C等待condition3.await();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>CCCCC ");// 唤醒，唤醒指定的人，Anumber = 1;condition1.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}
}

测试结果：

请添加图片描述

6、8锁现象

前面提出一个问题：如何判断锁的是谁！知道什么是锁，锁到底锁的是谁！

深刻理解我们的锁

synchronized 锁的对象是方法的调用者

代码举例1：

package com.haust.lock8;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/*** 8锁，就是关于锁的8个问题* 1、标准情况下，两个线程先打印 发短信还是 先打印 打电话？ 1/发短信  2/打电话* 1、sendSms延迟4秒，两个线程先打印 发短信还是 打电话？ 1/发短信  2/打电话*/.
public class Test1 {public static void main(String[] args) {Phone phone = new Phone();// 锁的存在new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 捕获try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}new Thread(()->{phone.call();},"B").start();}
}
class Phone{// synchronized 锁的对象是方法的调用者！、// 两个方法用的是同一个对象调用(同一个锁)，谁先拿到锁谁执行！public synchronized void sendSms(){try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);// 抱着锁睡眠} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}
// 先执行 发短信，后执行打电话

普通方法没有锁！不是同步方法，就不受锁的影响，正常执行

代码举例2：

package com.haust.lock8;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/*** 3、 增加了一个普通方法后！先执行发短信还是Hello？// 普通方法* 4、 两个对象，两个同步方法， 发短信还是 打电话？ // 打电话*/
public class Test2  {public static void main(String[] args) {// 两个对象，两个调用者，两把锁！Phone2 phone1 = new Phone2();Phone2 phone2 = new Phone2();//锁的存在new Thread(()->{phone1.sendSms();},"A").start();// 捕获try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}new Thread(()->{phone2.call();},"B").start();new Thread(()->{phone2.hello();},"C").start();}
}
class Phone2{// synchronized 锁的对象是方法的调用者！public synchronized void sendSms(){try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}// 这里没有锁！不是同步方法，不受锁的影响public void hello(){System.out.println("hello");}
}
// 先执行打电话，接着执行hello，最后执行发短信

不同实例对象的Class类模板只有一个，static静态的同步方法，锁的是Class

代码举例3：

package com.haust.lock8;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/*** 5、增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打印 发短信？打电话？* 6、两个对象！增加两个静态的同步方法， 先打印 发短信？打电话？*/
public class Test3  {public static void main(String[] args) {// 两个对象的Class类模板只有一个，static，锁的是ClassPhone3 phone1 = new Phone3();Phone3 phone2 = new Phone3();//锁的存在new Thread(()->{phone1.sendSms();},"A").start();// 捕获try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}new Thread(()->{phone2.call();},"B").start();}
}
// Phone3唯一的一个 Class 对象
class Phone3{// synchronized 锁的对象是方法的调用者！// static 静态方法// 类一加载就有了！锁的是Classpublic static synchronized void sendSms(){try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");} public static synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}
// 先执行发短信，后执行打电话

代码举例4：

package com.haust.lock8;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/*** 7、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，一个对象，先打印 发短信？打电话？* 8、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，两个对象，先打印 发短信？打电话？*/
public class Test4  {public static void main(String[] args) {// 两个对象的Class类模板只有一个，static，锁的是ClassPhone4 phone1 = new Phone4();Phone4 phone2 = new Phone4();//锁的存在new Thread(()->{phone1.sendSms();},"A").start();// 捕获try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}new Thread(()->{phone2.call();},"B").start();}
}
// Phone3唯一的一个 Class 对象
class Phone4{// 静态的同步方法 锁的是 Class 类模板public static synchronized void sendSms(){try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 普通的同步方法  锁的调用者(对象),二者锁的对象不同,所以不需要等待public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}
// 7/8 两种情况下，都是先执行打电话,后执行发短信,因为二者锁的对象不同,
// 静态同步方法锁的是Class类模板,普通同步方法锁的是实例化的对象,
// 所以不用等待前者解锁后 后者才能执行,而是两者并行执行,因为发短信休眠4s
// 所以打电话先执行。

小结

new this 具体的一个手机
static Class 唯一的一个模板

7、集合类不安全

List 不安全

List、ArrayList 等在并发多线程条件下，不能实现数据共享，多个线程同时调用一个list对象时候就会出现并发修改异常ConcurrentModificationException。

代码举例：

package com.haust.unsafe;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
// java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
public class ListTest {public static void main(String[] args) {// 并发下 ArrayList 不安全的吗，Synchronized；/** 解决方案；* 方案1、List<String> list = new Vector<>();* 方案2、List<String> list =* Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());* 方案3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>()；*//* CopyOnWrite 写入时复制  COW  计算机程序设计领域的一种优化策略；* 多个线程调用的时候，list，读取的时候，固定的，写入（覆盖）* 在写入的时候避免覆盖，造成数据问题！* 读写分离* CopyOnWriteArrayList  比 Vector Nb 在哪里？*/    List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();for (int i = 1; i <= 10; i++) {new Thread(()->{list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));System.out.println(list);},String.valueOf(i)).start();}}
}

add() 时，使用了ReentrantLock，加上底层数组使用volatile保证可见性

private transient volatile Object[] array;
......final Object[] getArray() {return array;}
....../*** Appends the specified element to the end of this list.** @param e element to be appended to this list* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})*/public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {lock.unlock();}}

Set 不安全

Set、Hash 等在并发多线程条件下，不能实现数据共享，多个线程同时调用一个set对象时候就会出现并发修改异常ConcurrentModificationException。

代码举例：

package com.haust.unsafe;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
/*** 同理可证 ： ConcurrentModificationException 并发修改异常* 1、Set<String> set = *                     Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());* 2、*/
public class SetTest {public static void main(String[] args) {//Set<String> set = new HashSet<>();//不安全// Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());//安全Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();//安全for (int i = 1; i <=30 ; i++) {new Thread(()->{set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));System.out.println(set);},String.valueOf(i)).start();}}
}

扩展：hashSet 底层是什么？

在这里插入图片描述

可以看出 HashSet 的底层就是一个HashMap

在这里插入图片描述

Map 不安全

回顾Map基本操作：

在这里插入图片描述

代码举例：

package com.haust.unsafe;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
// ConcurrentModificationException
public class  MapTest {public static void main(String[] args) {// map 是这样用的吗？ 不是，工作中不用 HashMap// 默认等价于什么？  new HashMap<>(16,0.75);// Map<String, String> map = new HashMap<>();// 扩展：研究ConcurrentHashMap的原理Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();for (int i = 1; i <=30; i++) {new Thread(()->{map.put(Thread.currentThread().getName(),UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));System.out.println(map);},String.valueOf(i)).start();}}
}

8、Callable (简单)

在这里插入图片描述

Callable 和 Runable 对比：

举例：比如Callable 是你自己，你想通过你的女朋友 **Runable **认识她的闺蜜 Thread

在这里插入图片描述

Callable 是 java.util 包下 concurrent 下的接口，有返回值，可以抛出被检查的异常
Runable 是 java.lang 包下的接口，没有返回值，不可以抛出被检查的异常
二者调用的方法不同，run()/ call()

同样的 Lock 和 Synchronized 二者的区别，前者是java.util 下的接口后者是 java.lang 下的关键字。

代码举例

package com.haust.callable;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/*** 1、探究原理* 2、觉自己会用*/
public class CallableTest {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {// new Thread(new Runnable()).start();// 启动Runnable// new Thread(new FutureTask<V>()).start();// new Thread(new FutureTask<V>( Callable )).start();new Thread().start(); // 怎么启动Callable？// new 一个MyThread实例MyThread thread = new MyThread();// MyThread实例放入FutureTaskFutureTask futureTask = new FutureTask(thread); // 适配类new Thread(futureTask,"A").start();new Thread(futureTask,"B").start(); // call()方法结果会被缓存，提高效率，因此只打印1个call// 这个get 方法可能会产生阻塞！把他放到最后Integer o = (Integer) futureTask.get(); // 或者使用异步通信来处理！System.out.println(o);// 1024}
}
class MyThread implements Callable<Integer> {@Overridepublic Integer call() {System.out.println("call()"); // A,B两个线程会打印几个call？（1个）// 耗时的操作return 1024;}
}
//class MyThread implements Runnable {
//
//    @Override
//    public void run() {
//        System.out.println("run()"); // 会打印几个run
//    }
//}

细节：

1、有缓存

2、结果可能需要等待，会阻塞！

9、常用的辅助类(必会)

9.1、CountDownLatch

在这里插入图片描述

减法计数器：实现调用几次线程后再触发某一个任务

代码举例：

package com.haust.add;    
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
// 计数器
public class CountDownLatchDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 总数是6，必须要执行任务的时候，再使用！CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);for (int i = 1; i <=6 ; i++) {new Thread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Go out");countDownLatch.countDown(); // 数量-1},String.valueOf(i)).start();}countDownLatch.await(); // 等待计数器归零，然后再向下执行System.out.println("Close Door");}
}

原理：

countDownLatch.countDown(); // 数量-1

countDownLatch.await(); // 等待计数器归零，然后再向下执行

每次有线程调用 countDown() 数量-1，假设计数器变为0，countDownLatch.await() 就会被唤醒，继续执行！

9.2、CyclicBarrier

在这里插入图片描述

加法计数器：集齐7颗龙珠召唤神龙

代码举例：

package com.haust.add;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class  CyclicBarrierDemo {public static void main(String[] args) {/** 集齐7颗龙珠召唤神龙*/// 召唤龙珠的线程CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,()->{System.out.println("召唤神龙成功！");});for (int i = 1; i <=7 ; i++) {final int temp = i;// lambda能操作到 i 吗new Thread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收集"+temp+"个龙珠");try {cyclicBarrier.await(); // 等待, count--} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}).start();}}
}

9.3、Semaphore

Semaphore：信号量

在这里插入图片描述

限流/抢车位！6车—3个停车位置

代码举例：

package com.haust.add;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class SemaphoreDemo {public static void main(String[] args) {// 线程数量：停车位! 限流！、// 如果已有3个线程执行（3个车位已满），则其他线程需要等待‘车位’释放后，才能执行！Semaphore semaphore = new Semaphore(3);for (int i = 1; i <=6 ; i++) {new Thread(()->{// acquire() 得到try {semaphore.acquire();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到车位");TimeUnit.SECONDS.sleep(2);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"离开车位");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {semaphore.release(); // release() 释放 }},String.valueOf(i)).start();}}
}

只有三个车位，只有当某辆车离开车位，车位空出来后，下一辆车才能在此停放。

输出结果如图:

在这里插入图片描述

原理：

semaphore.acquire(); 获得，假设如果已经满了，等待，等待被释放为止！semaphore.release(); 释放，会将当前的信号量释放 + 1，然后唤醒等待的线程！

作用：多个共享资源互斥的使用！并发限流，控制最大的线程数！

10、读写锁 ReadWriteLock

ReadWriteLock

在这里插入图片描述

代码举例：

package com.haust.rw;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/*** 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有* 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有* ReadWriteLock* 读-读  可以共存！* 读-写  不能共存！* 写-写  不能共存！*/
public class ReadWriteLockDemo {public static void main(String[] args) {//MyCache myCache = new MyCache();MyCacheLock myCacheLock = new MyCacheLock();// 写入for (int i = 1; i <= 5 ; i++) {final int temp = i;new Thread(()->{myCacheLock.put(temp+"",temp+"");},String.valueOf(i)).start();}// 读取for (int i = 1; i <= 5 ; i++) {final int temp = i;new Thread(()->{myCacheLock.get(temp+"");},String.valueOf(i)).start();}}
}
/*** 自定义缓存* 加锁的*/
class MyCacheLock{private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();// 读写锁： 更加细粒度的控制private ReadWriteLock readWriteLock = new             ReentrantReadWriteLock();// private Lock lock = new ReentrantLock();// 存，写入的时候，只希望同时只有一个线程写public void put(String key,Object value){readWriteLock.writeLock().lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);map.put(key,value);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {readWriteLock.writeLock().unlock();}}// 取，读，所有人都可以读！public void get(String key){readWriteLock.readLock().lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);Object o = map.get(key);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {readWriteLock.readLock().unlock();}}
}
/*** 自定义缓存* 不加锁的*/
class MyCache{private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();// 存，写public void put(String key,Object value){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);map.put(key,value);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");}// 取，读public void get(String key){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);Object o = map.get(key);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");}
}

执行效果如图：

在这里插入图片描述

11、阻塞队列

在这里插入图片描述

阻塞队列：

在这里插入图片描述

BlockingQueue

BlockingQueue 不是新的东西

在这里插入图片描述

什么情况下我们会使用阻塞队列?：多线程并发处理，线程池用的较多！

学会使用队列

添加、移除

四组API

方式	抛出异常	有返回值，不抛出异常	阻塞等待(reentrantlock)	超时等待(reentrantlock)
添加	add	offer()	put()	offer()
移除	remove	poll()	take()	poll()
检测队首元素	element	peek()	-	-

package com.kuang.bq;
import java.util.Collection;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test4();}/*** 1. 无返回值，抛出异常的方式*/public static void test1(){// 队列的大小ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.add("a"));// trueSystem.out.println(blockingQueue.add("b"));// trueSystem.out.println(blockingQueue.add("c"));// true// System.out.println(blockingQueue.add("d"));// IllegalStateException: Queue full 抛出异常---队列已满！System.out.println("===========================");System.out.println(blockingQueue.element());//// 查看队首元素是谁System.out.println(blockingQueue.remove());//System.out.println(blockingQueue.remove());//System.out.println(blockingQueue.remove());//// System.out.println(blockingQueue.remove());// java.util.NoSuchElementException 抛出异常---队列已为空！}/*** 2. 有返回值，不抛出异常的方式*/public static void test2(){// 队列的大小ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.offer("a"));System.out.println(blockingQueue.offer("b"));System.out.println(blockingQueue.offer("c"));System.out.println(blockingQueue.peek());// System.out.println(blockingQueue.offer("d")); // false 不抛出异常！System.out.println("===========================");System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll()); // null  不抛出异常！}/*** 3. 等待，阻塞（一直阻塞）*/public static void test3() throws InterruptedException {// 队列的大小ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);// 一直阻塞blockingQueue.put("a");blockingQueue.put("b");blockingQueue.put("c");// blockingQueue.put("d"); // 队列没有位置了，一直阻塞等待System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take()); // 没有这个元素，一直阻塞等待}/*** 4. 等待，阻塞（等待超时）*/public static void test4() throws InterruptedException {// 队列的大小ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);blockingQueue.offer("a");blockingQueue.offer("b");blockingQueue.offer("c");// blockingQueue.offer("d",2,TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出System.out.println("===============");System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出}
}

SynchronousQueue

SynchronousQueue 同步队列

没有容量，进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素！

put、take

代码举例：

package com.haust.bq;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/*** 同步队列:* 和其他的BlockingQueue 不一样， SynchronousQueue 不存储元素* put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能在put进去值！*/
public class SynchronousQueueDemo {public static void main(String[] args) {BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队列new Thread(()->{try {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 1");// put进入一个元素blockingQueue.put("1");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 2");blockingQueue.put("2");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 3");blockingQueue.put("3");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"T1").start();new Thread(()->{try {// 睡眠3s取出一个元素TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"T2").start();}
}

执行结果如图所示：

在这里插入图片描述

12、线程池(重点)

线程池：3大方法、7大参数、4种拒绝策略

池化技术

程序的运行，本质：占用系统的资源！（优化资源的使用 => 池化技术）

线程池、连接池、内存池、对象池///… 创建、销毁。十分浪费资源

池化技术：事先准备好一些资源，有人要用，就来我这里拿，用完之后还给我。

线程池的好处:

1、降低系统资源的消耗
2、提高响应的速度
3、方便管理

线程复用、可以控制最大并发数、管理线程

线程池：3大方法

线程池：3大方法

在这里插入图片描述

示例代码：

package com.haust.pool;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Demo01 {public static void main(String[] args) {// Executors 工具类、3大方法// Executors.newSingleThreadExecutor();// 创建单个线程的线程池// Executors.newFixedThreadPool(5);// 创建一个固定大小的线程池// Executors.newCachedThreadPool();// 创建一个可伸缩的线程池// 单个线程的线程池ExecutorService threadPool =     Executors.newSingleThreadExecutor();try {for (int i = 1; i < 100; i++) {// 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程threadPool.execute(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");});}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {// 线程池用完，程序结束，关闭线程池threadPool.shutdown();}}
}

线程池：7大参数

7大参数

源码分析：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); 
}
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {return new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 
}
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); 
}
// 本质ThreadPoolExecutor（） 
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心线程池大小 int maximumPoolSize, // 最大核心线程池大小 long keepAliveTime, // 超时没有人调用就会释放 TimeUnit unit, // 超时单位 // 阻塞队列 BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 线程工厂：创建线程的，一般 不用动ThreadFactory threadFactory,  // 拒绝策略RejectedExecutionHandler handle ) {if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.acc = System.getSecurityManager() == null ? null : AccessController.getContext(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; 
}

在这里插入图片描述

手动创建一个线程池

因为实际开发中工具类Executors 不安全，所以需要手动创建线程池，自定义7个参数。

示例代码：

package com.haust.pool;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
// Executors 工具类、3大方法
// Executors.newSingleThreadExecutor();// 创建一个单个线程的线程池
// Executors.newFixedThreadPool(5);// 创建一个固定大小的线程池
// Executors.newCachedThreadPool();// 创建一个可伸缩的线程池
/*** 四种拒绝策略：** new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() * 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常** new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() * 哪来的去哪里！比如你爸爸 让你去通知妈妈洗衣服，妈妈拒绝，让你回去通知爸爸洗** new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() * 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！** new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() * 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！*/
public class Demo01 {public static void main(String[] args) {// 自定义线程池！工作 ThreadPoolExecutorExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(2,// int corePoolSize, 核心线程池大小(候客区窗口2个)5,// int maximumPoolSize, 最大核心线程池大小(总共5个窗口) 3,// long keepAliveTime, 超时3秒没有人调用就会释，放关闭窗口 TimeUnit.SECONDS,// TimeUnit unit, 超时单位 秒 new LinkedBlockingDeque<>(3),// 阻塞队列(候客区最多3人)Executors.defaultThreadFactory(),// 默认线程工厂// 4种拒绝策略之一：// 队列满了，尝试去和 最早的竞争，也不会抛出异常！new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());  //队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！try {// 最大承载：Deque + max// 超过 RejectedExecutionExceptionfor (int i = 1; i <= 9; i++) {// 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程threadPool.execute(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");});}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {// 线程池用完，程序结束，关闭线程池threadPool.shutdown();}}
}

线程池：4种拒绝策略

4种拒绝策略

在这里插入图片描述

/*** 四种拒绝策略：** new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() * 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常** new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() * 哪来的去哪里！比如你爸爸 让你去通知妈妈洗衣服，妈妈拒绝，让你回去通知爸爸洗** new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() * 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！** new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() * 队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！*/

小结和拓展

池的最大容量如何去设置！

了解：IO密集型，CPU密集型：（调优）

直接上代码：

package com.haust.pool;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
public class Demo01 {public static void main(String[] args) {// 自定义线程池！工作 ThreadPoolExecutor// 最大线程到底该如何定义// 1、CPU 密集型，几核，就是几，可以保持CPu的效率最高！ // 2、IO 密集型 > 判断你程序中十分耗IO的线程， // 比如程序 15个大型任务 io十分占用资源！// IO密集型参数(最大线程数)就设置为大于15即可，一般选择两倍// 获取CPU的核数System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());// 8核ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(2,// int corePoolSize, 核心线程池大小// int maximumPoolSize, 最大核心线程池大小 8核电脑就是8Runtime.getRuntime().availableProcessors(),3,// long keepAliveTime, 超时3秒没有人调用就会释放TimeUnit.SECONDS,// TimeUnit unit, 超时单位 秒 new LinkedBlockingDeque<>(3),// 阻塞队列(候客区最多3人)Executors.defaultThreadFactory(),// 默认线程工厂// 4种拒绝策略之一：// 队列满了，尝试去和 最早的竞争，也不会抛出异常！new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());  //队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！try {// 最大承载：Deque + max// 超过 RejectedExecutionExceptionfor (int i = 1; i <= 9; i++) {// 使用了线程池之后，使用线程池来创建线程threadPool.execute(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");});}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {// 线程池用完，程序结束，关闭线程池threadPool.shutdown();}}
}

13、四大函数式接口（必需掌握）

新时代的程序员：lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算

函数式接口：只有一个方法的接口

@FunctionalInterface 
public interface Runnable {public abstract void run(); 
}
// 泛型、枚举、反射 
// lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算 
// 超级多FunctionalInterface 
// 简化编程模型，在新版本的框架底层大量应用！ 
// foreach(消费者类的函数式接口)

四大函数式接口：

在这里插入图片描述

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JgJ4DgrY-1612153143956)(D:\Note\笔记\JUC并发编程\JUC笔记(下)].assets\image-20200726184704772.png)

Function 函数式接口

Function函数式接口

在这里插入图片描述

package com.haust.function;
import java.util.function.Function;
/*** Function 函数型接口, 有一个输入参数，有一个输出参数* 只要是 函数型接口 可以 用 lambda表达式简化*/
public class Demo01 {public static void main(String[] args) {/*Function<String,String> function = new Function<String,String>() {@Overridepublic String apply(String str) {return str;}};*/// lambda 表达式简化：Function<String,String> function = str->{return str;};System.out.println(function.apply("asd"));}
}

等价于：

    Function<String, String> function = new Function<String, String>() {@Overridepublic String apply(String s) {return s;}};

Predicate 断定型接口

断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是布尔值！

在这里插入图片描述

package com.haust.function;
import java.util.function.Predicate;
/** 断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是 布尔值！*/
public class Demo02 {public static void main(String[] args) {// 判断字符串是否为空/*Predicate<String> predicate = new Predicate<String>(){@Overridepublic boolean test(String str) {return str.isEmpty();//true或false}};*/Predicate<String> predicate = (str)->{return str.isEmpty(); };System.out.println(predicate.test(""));//true}
}

Consumer 消费型接口

Consumer 消费型接口

在这里插入图片描述

package com.haust.function;
import java.util.function.Consumer;
/*** Consumer 消费型接口: 只有输入，没有返回值*/
public class Demo03 {public static void main(String[] args) {/*Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String str) {System.out.println(str);}};*/Consumer<String> consumer = (str)->{System.out.println(str);};consumer.accept("sdadasd");}
}

Supplier 供给型接口

Supplier 供给型接口

在这里插入图片描述

package com.haust.function;
import java.util.function.Supplier;
/*** Supplier 供给型接口 没有参数，只有返回值*/
public class Demo04 {public static void main(String[] args) {/*Supplier supplier = new Supplier<Integer>() {@Overridepublic Integer get() {System.out.println("get()");return 1024;}};*/Supplier supplier = ()->{return 1024; };System.out.println(supplier.get());}
}

14、Stream 流式计算

什么是Stream流式计算

大数据：存储 + 计算

集合、MySQL 本质就是存储东西的；

计算都应该交给流来操作！

在这里插入图片描述

/*** 题目要求：一分钟内完成此题，只能用一行代码实现！* 现在有5个用户！筛选：* 1、ID 必须是偶数* 2、年龄必须大于23岁* 3、用户名转为大写字母* 4、用户名字母倒着排序* 5、只输出一个用户！*/
public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {User user1 = new User(2, "zhangsan", 12);User user2 = new User(3, "lisi", 32);User user3 = new User(4, "wangwu", 52);User user4 = new User(5, "zhaoliu", 62);User user5 = new User(6, "qianqi", 72);List<User> list = Arrays.asList(user1, user2, user3, user4, user5);list.stream().filter(user -> user.getId() % 2 == 0).filter(user -> user.getAge() > 23).map(user -> user.getUsername().toUpperCase()).sorted((u1, u2) -> u2.compareTo(u1)).limit(1).forEach(System.out::println);}}

15、ForkJoin

什么是 ForkJoin

ForkJoin 在 JDK 1.7 ，并行执行任务！提高效率。大数据量！

大数据：Map Reduce （把大任务拆分为小任务）

在这里插入图片描述

ForkJoin 特点：工作窃取

这个里面维护的都是双端队列

在这里插入图片描述

ForkJoin

在这里插入图片描述

Fork-Join 是一种并行计算模式，用于处理任务的分解与合并。在Java中，java.util.concurrent包提供了ForkJoinPool和ForkJoinTask来实现 Fork-Join 框架。

ForkJoinPool：ForkJoinPool是一个线程池，专门用于执行ForkJoinTask。它通常会创建与处理器数量相等的工作线程，并且这些线程可以执行提交的ForkJoinTask。

ForkJoinTask：ForkJoinTask是一个抽象类，用于表示可以被ForkJoinPool执行的任务。它有两个主要的子类：RecursiveAction和RecursiveTask。

RecursiveAction：用于表示没有返回值的任务。通常用于执行一些操作而不需要返回结果。

RecursiveTask：用于表示有返回值的任务。通常用于执行一些计算并返回结果。

package com.fatfish.forkjoin;import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
import java.util.stream.LongStream;public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {private Long start;private Long end;private static final Long THRESHOLD = 1000L;public ForkJoinDemo(Long start, Long end) {this.start = start;this.end = end;}@Overrideprotected Long compute() {if (end - start < THRESHOLD) {long sum = 0L;for (long i = start; i <= end; i++) sum += i;return sum;} else {long mid = start + (end - start) / 2;ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, mid);ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(mid + 1, end);task1.fork();task2.fork();return task1.join() + task2.join();}}public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {long start = 0L, end = 100_000_000_000L;System.out.println("================================串行执行================================");sequencialRun(start, end);System.out.println("================================forkJoin执行================================");forkJoinRun(start, end);System.out.println("================================并行流parallel执行================================");streamParallelRun(start, end);}private static void streamParallelRun(long start, long end) {long sum = 0L;long startTime = System.currentTimeMillis();sum = LongStream.rangeClosed(start, end).parallel().reduce(0, Long::sum);long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("结果为：" + sum + ", 用时：" + (endTime - startTime) + "ms");}private static void forkJoinRun(long start, long end) throws ExecutionException, InterruptedException {long sum = 0L;long startTime = System.currentTimeMillis();ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(start, end);ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);sum = submit.get();long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("结果为：" + sum + ", 用时：" + (endTime - startTime) + "ms");}private static void sequencialRun(long start, long end) {long sum = 0L;long startTime = System.currentTimeMillis();for (long i = start; i <= end; i++) sum += i;long endTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("结果为：" + sum + ", 用时：" + (endTime - startTime) + "ms");}
}

执行结果：

================================串行执行================================
结果为：932356074711512064, 用时：22882ms
================================forkJoin执行================================
结果为：932356074711512064, 用时：9793ms
================================并行流parallel执行================================
结果为：932356074711512064, 用时：3987ms

16、异步回调

Future 设计的初衷：对将来的某个事件的结果进行建模

在这里插入图片描述

没有返回值的 runAsync 异步回调:

public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {// 没有返回值的 runAsync 异步回调CompletableFuture<Void> completableFuture =CompletableFuture.runAsync(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "runAsync=>Void");});System.out.println("1111");completableFuture.get(); // 执行异步任务，获取阻塞执行结果}
}

有返回值的 supplyAsync 异步回调:

public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {// 有返回值的 supplyAsync 异步回调// ajax，成功和失败的回调// 返回的是错误信息；CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "，supplyAsync=>Integer");int i = 10 / 0;return 1024;});System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {System.out.println("t=>" + t); // 正常的返回结果System.out.println("u=>" + u);// 错误信息：// java.util.concurrent.CompletionException:// java.lang.ArithmeticException: / by zero}).exceptionally((e) -> {System.out.println(e.getMessage());return 233; // 可以获取到错误的返回结果}).get());}
}

17、JMM

请你谈谈你对 Volatile 的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供轻量级的同步机制，类似于synchronized 但是没有其强大。

1、保证可见性

2、不保证原子性

3、防止指令重排

可见性： 当一个变量被声明为 volatile 后，当一个线程修改了这个变量的值后，其他线程能够立即看到这个变量的最新值。这是因为 volatile 修饰的变量会被存储在主内存中，而不是线程的本地缓存中，所以当一个线程修改了 volatile 变量的值后，其他线程可以立即从主内存中读取到这个最新的值，从而实现了可见性。

防止指令重排序： 当一个变量被声明为 volatile 后，在读取和写入这个变量时会禁止指令重排序。这意味着在一个线程写入一个 volatile 变量之后，后续的读操作不能被重排序到这个写操作之前。这样可以确保其他线程能够看到最新的值。因为编译器和处理器知道 volatile 变量可能会被其他线程修改，所以会避免对 volatile 变量进行优化，从而防止了指令重排序。

不保证原子性： 尽管 volatile 变量可以确保可见性和禁止指令重排序，但它并不保证操作的原子性。原子性是指一个操作是不可分割的，要么全部执行成功，要么全部不执行，不会出现中间状态。volatile 只保证了对变量的读取和写入是原子的，但对于复合操作，如 count++ 这样的自增操作，volatile 是无法保证原子性的，因为这是一个复合操作，包括读取、自增和写回这三个步骤，其中任意一步都可能被其他线程打断，从而导致最终结果不是预期的。（在多线程环境下，如果需要保证原子性的操作，需要使用 synchronized 或者 java.util.concurrent.atomic 包中提供的原子类。）

什么是JMM

JMM ： Java内存模型，不存在的东西，概念！约定！

关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。

2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！

3、加锁和解锁是同一把锁。

线程 工作内存 、主内存

8 种操作：

在这里插入图片描述

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和writ操作在某些平台上允许例外）

lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM 对这八种指令的使用，制定了如下规则：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

问题：程序不知道主内存的值已经被修改过了

在这里插入图片描述

18、Volatile

1、保证可见性

package com.haust.tvolatile;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class JMMDemo {// 不加 volatile 程序就会死循环！// 加 volatile 可以保证可见性private volatile static int num = 0;public static void main(String[] args) {// mainnew Thread(()->{// 线程 1 对主内存的变化不知道的while (num==0){}}).start();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}num = 1;System.out.println(num);}
}

不保证原子性

原子性 : 不可分割

线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败。

package com.haust.tvolatile;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {// volatile 不保证原子性// 原子类的 Integerprivate volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();public static void add(){// num++; // 不是一个原子性操作num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法， CAS}public static void main(String[] args) {//理论上num结果应该为 2 万for (int i = 1; i <= 20; i++) {new Thread(()->{for (int j = 0; j < 1000 ; j++) {add();}}).start();}// 判断只要剩下的线程不大于2个，就说明20个创建的线程已经执行结束while (Thread.activeCount()>2){// Java 默认有 main gc 2个线程Thread.yield();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);}
}

如果不加 lock 和 synchronized ，怎么样保证原子性

在这里插入图片描述

使用原子类，解决原子性问题。

在这里插入图片描述

// volatile 不保证原子性// 原子类的 Integerprivate volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();public static void add(){// num++; // 不是一个原子性操作num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法， CAS}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！

指令重排

什么是指令重排？：我们写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

源代码 —> 编译器优化的重排 —> 指令并行也可能会重排 —> 内存系统也会重排 ——> 执行

处理器在执行指令重排的时候，会考虑：数据之间的依赖性

int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3
y = x * x; // 4

我们所期望的：1234 但是可能执行的时候会变成 2134 或者 1324

但是不可能是 4123！

前提：a b x y 这四个值默认都是 0：

可能造成影响得到不同的结果：

线程A	线程B
x = a	y = b
b =1	a = 2

正常的结果：x = 0; y = 0; 但是可能由于指令重排出现以下结果：

线程A	线程B
b = 1	a = 2
x = a	y = b

指令重排导致的诡异结果： x = 2; y = 1;

非计算机专业

volatile 可以避免指令重排：

内存屏障。CPU指令。作用：

保证特定操作的执行顺序！
可以保证某些变量的内存可见性 (利用这些特性volatile 实现了可见性)

在这里插入图片描述

volatile 是可以保证可见性。不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

volatile 内存屏障在单例模式中使用的最多！

19、彻底玩转单例模式

DCL懒汉式：

package com.haust.single;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
// 懒汉式单例
// 道高一尺，魔高一丈！
public class LazyMan {private static boolean csp = false;// 标志位// 单例不安全，因为反射可以破坏单例，如下解决这个问题：private LazyMan(){synchronized (LazyMan.class){if (csp == false){csp = true;}else {throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");}}}/*** 计算机指令执行顺序：* 1. 分配内存空间* 2、执行构造方法，初始化对象* 3、把这个对象指向这个空间** 期望顺序是：123* 特殊情况下实际执行：132  ===>  此时 A 线程没有问题*                               若额外加一个 B 线程 *                               此时lazyMan还没有完成构造*/// 原子性操作：避免指令重排private volatile static LazyMan lazyMan;// 双重检测锁模式的 懒汉式单例  DCL懒汉式public static LazyMan getInstance(){if (lazyMan==null){synchronized (LazyMan.class){if (lazyMan==null){lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作}}}return lazyMan;}// 反射！public static void main(String[] args) throws Exception {//LazyMan instance = LazyMan.getInstance();Field qinjiang = LazyMan.class.getDeclaredField("csp");csp.setAccessible(true);Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();qinjiang.set(instance,false);LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();System.out.println(instance);System.out.println(instance2);}
}

单例模式（Java实现）-CSDN博客

20、深入理解CAS

什么是 CAS

大厂你必须要深入研究底层！有所突破！ 修内功，操作系统，计算机网络原理

package com.kuang.cas;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class CASDemo {// CAS compareAndSet : 比较并交换！ public static void main(String[] args) {AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020); // 期望、更新 // public final boolean compareAndSet(int expect, int update) // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！ System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021)); System.out.println(atomicInteger.get()); atomicInteger.getAndIncrement() // 看底层如何实现 ++ System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021)); System.out.println(atomicInteger.get()); } 
}

执行结果如图：

在这里插入图片描述

Unsafe 类

在这里插入图片描述

CAS ：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么则执行操作！如果不是就

一直循环！

CAS ： ABA 问题（狸猫换太子）

在这里插入图片描述

package com.haust.cas; 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
public class CASDemo {// CAS compareAndSet : 比较并交换！ public static void main(String[] args) {AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020); /** 类似于我们平时写的SQL：乐观锁** 如果某个线程在执行操作某个对象的时候，其他线程若操作了该对象，* 即使对象内容未发生变化，也需要告诉我。** 期望、更新：* public final boolean compareAndSet(int expect, int update) * 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！ */// ============== 捣乱的线程 ================== System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021)); System.out.println(atomicInteger.get()); System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020)); System.out.println(atomicInteger.get()); // ============== 期望的线程 ================== System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666)); System.out.println(atomicInteger.get()); } 
}

输出结果如图：

在这里插入图片描述

21、原子引用

解决ABA 问题，引入原子引用！对应的思想：乐观锁！

带版本号的原子操作！

package com.haust.cas;
import java.util.concurrent.TimeUnit; 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference; public class CASDemo {/** AtomicStampedReference 注意，* 如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题 * 正常在业务操作，这里面比较的都是一个个对象 */// 可以有一个初始对应的版本号 1static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(2020,1);// CAS compareAndSet : 比较并交换！ public static void main(String[] args) {new Thread(()->{// 获得版本号int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); System.out.println("a1=>"+stamp); try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }atomicStampedReference.compareAndSet(2020, 2022, atomicStampedReference.getStamp(), // 最新版本号// 更新版本号atomicStampedReference.getStamp() + 1); System.out.println("a2=>"+atomicStampedReference.getStamp()); System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2022, 2020, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1)); System.out.println("a3=>"+atomicStampedReference.getStamp()); },"a").start(); // 乐观锁的原理相同！ new Thread(()->{// 获得版本号 int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); System.out.println("b1=>"+stamp); try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2020, 6666, stamp, stamp + 1)); System.out.println("b2=>"+atomicStampedReference.getStamp()); },"b").start();} 
}

结果如图：

在这里插入图片描述

参考：AtomicStampedReference是怎样解决CAS的ABA问题-腾讯云开发者社区-腾讯云

    // CAS compareAndSet : 比较并交换！public static void main(String[] args) {final AtomicStampedReference<Integer> count = new AtomicStampedReference<>(5, 1);for (int i = 0; i < 2; i++) {Thread thread = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(10);} catch (Exception ignore) {}boolean re = count.compareAndSet(5, 10, 1, 2);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "[recharge] compareAndSet " + re);});thread.start();}Thread thread = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(10);} catch (Exception ignore) {}boolean re = count.compareAndSet(10, 5, count.getStamp(), count.getStamp() + 1);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "[consume] compareAndSet " + re);});thread.start();}

结果：

Thread-1[recharge] compareAndSet true
Thread-2[consume] compareAndSet true
Thread-0[recharge] compareAndSet false

注意：

Integer 使用了对象缓存机制，默认范围是 -128 ~ 127 ，推荐使用静态工厂方法 valueOf 获取对象实例，而不是 new，因为 valueOf 使用缓存，而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间；

下面是阿里巴巴开发手册的规范点：

在这里插入图片描述

22、各种锁的理解

1、公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能够插队，必须先来后到！

非公平锁：非常不公平，可以插队（默认都是非公平）

public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync(); 
}
public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); 
}

2、可重入锁

可重入锁（递归锁）

在这里插入图片描述

Synchronized 版

public class Test {public static void main(String[] args) {Phone phone = new Phone();// 这里的锁定对象是 Phone 类的实例 phonenew Thread(phone::sms, "A").start();new Thread(phone::sms, "B").start();new Thread(phone::sms, "C").start();new Thread(phone::sms, "D").start();}static class Phone {public synchronized void sms() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}call(); // 这里也有锁(sms锁 里面的call锁)}public synchronized void call() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");}}
}

Lock 版

package com.haust.lock;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Demo02 {public static void main(String[] args) {Phone2 phone = new Phone2();new Thread(()->{phone.sms();},"A").start();new Thread(()->{phone.sms();},"B").start();}
}
class Phone2{Lock lock = new ReentrantLock();public void sms(){lock.lock(); // 细节问题：lock.lock(); lock.unlock(); // lock 锁必须配对，否则就会死在里面// 两个lock() 就需要两次解锁lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");call(); // 这里也有锁} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();lock.unlock();}}public void call(){lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}
}

3、自旋锁

spinlock

在这里插入图片描述

我们来自定义一个锁测试：

package com.haust.lock;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
/*** 自旋锁*/
public class SpinlockDemo {// int   0// Thread  null// 原子引用AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();// 加锁public void myLock(){Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock");// 自旋锁while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){}}// 解锁// 加锁public void myUnLock(){Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "==> myUnlock");atomicReference.compareAndSet(thread,null);// 解锁}
}

测试

package com.haust.lock;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TestSpinLock {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//        ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
//        reentrantLock.lock();
//        reentrantLock.unlock();// 底层使用的自旋锁CASSpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();// 定义锁new Thread(()-> {lock.myLock();// 加锁try {TimeUnit.SECONDS.sleep(5);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.myUnLock();// 解锁}},"T1").start();TimeUnit.SECONDS.sleep(1);new Thread(()-> {lock.myLock();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.myUnLock();}},"T2").start();}
}

结果如图：

请添加图片描述

补充：AtomicReference

AtomicReference 是 Java 中的一个原子引用类，它提供了一种线程安全地操作对象引用的机制。它可以确保在多线程环境中对对象引用的操作是原子的，不会出现竞态条件。

AtomicReference 类提供了一系列原子操作方法，包括设置值、获取当前值、比较并设置等。这些方法能够保证在执行操作时，不会被其他线程中断，从而确保了线程安全。

以下是 AtomicReference 类的主要方法：

get()：获取当前存储的对象引用。
set(T newValue)：设置存储的对象引用为指定的新值。
getAndSet(T newValue)：设置存储的对象引用为指定的新值，并返回之前的值。
compareAndSet(T expect, T update)：如果当前存储的对象引用与期望值（expect）相等，则将其设置为新值（update），返回 true；否则不修改，并返回 false。
weakCompareAndSet(T expect, T update)：与 compareAndSet 类似，但是使用了更弱的原子保证。
lazySet(T newValue)：最终将存储的对象引用设置为指定的新值，但是可能对其他操作不具有立即可见性。

AtomicReference 可以用于各种情况，例如在单例模式中保证单例对象的唯一性，或者在数据结构中保证对引用对象的并发访问安全。