第3章 JDK并发包

  1. 重入锁ReentrantLock是指一个线程在执行过程中可以多次获取的同一个锁,加锁和解锁操作必须成对出现lock、unlock,在 JDK 1.5 之前,重入锁的性能远好于synchronized,在 JDK 1.6 之后两者性能差距不大
    • 使用了重入锁后,线程可以被中断,即在等待锁的过程中可取消对锁的请求,lock.lockInterruptibly()以可以对中断进行响应方式申请锁,捕捉InterruptedException即可
    • tryLock用于对锁请求限时,成功获得锁返回 true,否则返回 false,不带参数表示立即返回请求结果
    • 重入锁支持公平模式,public ReentrantLock(boolean fair),但是公平锁的性能相对更低
  2. 重入锁实现主要包含三个要素
    • 原子状态,使用CAS操作存储当前锁的状态
    • 等待队列,没有请求到锁的线程会进入等待队列,待有线程释放锁后,系统就能从等待队列中唤醒一个线程
    • 阻塞原语park, unpark,用来挂起和恢复线程
  3. 通过Lock接口的newCondition()方法可生成一个与当前重入锁绑定的Condition实例,其包括如下主要方法,调用前必须先获取锁
    • await()会使当前线程等待,同时释放当前锁,当其他线程中使用signal、signalAll时,线程会重新获得锁并继续执行;而当线程被中断时,也能跳出等待
    • awaitUninterruptibly()await()基本相同,但是它并不会在等待过程中响应中断
    • signal()、signalAll()用于唤醒线程,分别对应一个和所有
  4. 信号量 Semaphore 区别于读写锁可以指定多个线程,同时访问某一资源,构造时必须指定准入数,主要包括以下常用方法:
    • acquire获取一个准入许可,若无法获取则等待,直到有线程释放一个许可或者当前线程被中断
    • acquireUninterruptiblyacquire相似,但不会响应中断
    • tryAcquire尝试获取一个许可,如果成功返回 true
    • release用于在线程范文资源结束后释放一个许可
  5. 读写锁ReadWriteLock,读读不互斥,读写互斥,写写互斥,如果读远大于写,则有明显的性能提升
  6. 倒计时器CountDownLatch用来控制线程等待,可以让某个线程等待直到倒计时结束再执行,入参的整数表示计数器计数个数,CountDownLatch.await()会等待计时结速后之行后续代码
  7. 循环栅栏CyclicBarrier,接受入参为计数个数,和计数达成后的Runnable对象,例如,假设参与计数的线程执行相同的代码,则参与计数的线程执行await(),等待其他一起参与计数的线程完成计数后,再执行后续代码片段X,可选择再执行await()等待其他线程都执行完代码片段X
  8. LockSupport可以在线程内任何位置让线程阻塞,park、parkNanos、parkUnit可以(定时)阻塞当前线程,unpark可以解除阻塞,当unpark发生在park之前时,下一次的park操作会立即返回,其原理类似于信号量,park操作后线程的状态将是 WAITING,甚至会标注是parkpark(obj)会标注 obj 为阻塞对象。park阻塞线程后,不会抛出InterruptedException异常,可以用Thread.interrupted()等方法获得中断标记
  9. ThreadPoolExecutor表示一个线程池,Executors则扮演这线程池工厂,可通过它取得一个拥有特定功能的线程池
    • newFixedThreadPool返回一个固定线程数量的线程池,当新任务提交但池中空闲线程不足时,新任务暂存在任务队列中
    • newSingleThreadExecutor返回只有一个线程的线程池,多得任务会保存在任务队列中排队调度
    • newCachedThreadPool返回动态数量的线程池,不够用时创建新的线程,够用时复用
    • newSingleThreadShceduledExecutor返回线程数量为1的固定延时或者周期性执行某任务的线程池
    • newScheduledThreadPool返回指定线程数量的固定延时或者周期性执行任务的线程池
  10. ScheduledExecutorService接口提供了固定周期和固定时延的调度方式,如果任务遇到异常,后续所有子任务都会停止调度
    • scheduleAtFixedRate在初始时延首次执行后,可以以固定的周期执行,initDelay + n * T,但前提是必须在上一周期任务执行完毕后,否则必须待上一周期结束后立即执行
    • scheduleWithFixedDelay在初始时延首次执行后,可以按照上次执行结束后固定时延周期执行
  11. ThreadPoolExecutor是核心线程池类,newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newCachedThreadPool都是调用该类的构造方法
    ,参数有:
    • corePoolSize:指定了线程池中的线程数量
    • maximumPoolSize:指定了线程池中的最大线程数量
    • keepAliveTime:当线程池数量超过 corePoolSize 时,空闲线程的存活时间
    • unit:keepAliveTime 的单位
    • workQueue:任务队列,被提交但尚未被执行的任务。可用 SynchronousQueue(直接提交队列,没有空闲则执行拒绝策略),ArrayBlockingQueue(有界任务队列),LinkedBlockingQueue(无界任务队列),PriorityBlockingQueue(优先任务队列)
    • threadFactory:线程工厂,用于创建线程
    • handler:拒绝策略,需实现RejectedExecutionHandler接口
      a. AbortPolicy 直接抛出异常,阻止系统正常工作;
      b. CallerRunsPolicy 只要线程池未关闭,直接在调用者线程中运行当前被丢弃的任务;
      c. DiscardOledestPolicy 丢弃最老的一个请求;
      d. DiscardPolicy 丢弃无法处理的任务,不予任何处理
  12. ThreadPoolExecutor提供了beforeExecute、afterExecute、terminated三个接口控制线程池,分别用于线程执行前,线程执行后和线程池关闭
  13. ThreadFactory接口只有一个newThread(Runnable r)方法用来创建线程,自定义线程池可设置池中所有线程的状态,比如跟踪线程池何时创建了多少线程,自定义线程名、优先级、是否守护线程等
  14. ExecutorService中的execute、submit两个方法有三点区别:
    • 入参不同,execute只接受Runnable,而submit还可以接受Callable
    • submit方法是有返回值的
    • submit可以通过future.get来获取异常信息,execute只能用UncaughtExceptionHandler来处理异常,Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler
  15. ForkJoinPool线程池,执行ForkJoinTaskfork任务分解和join任务等待返回,ForkJoinTask有两个重要子类RecursiveAction、RecursiveTask分别表示没有返回值的任务和有返回值的任务
    public class CountTask extends RecursiveTask<Long> {
        private static final int THRESHOLD = 10000;
        private long start;
        private long end;
    
        public CountTask(long start, long end) {
            this.start = start;
            this.end = end;
        }
    
        @Override
        protected Long compute() {
            long sum = 0;
            boolean canCompute = (end - start) < THRESHOLD;
            if (canCompute) {
                for (long i=start; i<=end; i++) {
                    sum += i;
                }
            } else {
                long step = (start+end) / 100;
                ArrayList<CountTask> subTasks = new ArrayList<>();
                long pos = start;
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    long lastOne = pos + step;
                    if (lastOne > end) {
                        lastOne = end;
                    }
                    CountTask subTask = new CountTask(pos, lastOne);
                    pos += step + 1;
                    subTasks.add(subTask);
                    subTask.fork();
                }
                for (CountTask subTask : subTasks) {
                    sum += subTask.join();
                }
            }
            return sum;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
            CountTask task = new CountTask(0, 200000L);
            ForkJoinTask<Long> result = forkJoinPool.submit(task);
    
            try {
                long res = result.get();
                System.out.println("sum="+res);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    
  16. Collections.synchronicedMap(new HashMap())包装返回的的SynchronizedMap,所有操作都会通过synchronized(mutex)来实现,性能不及ConcurrentHashMap
  17. ConcurrentLinkedQueue使用 CAS 操作实现的链表
  18. CopyOnWriteArrayList读无需加锁,写也不会阻塞读,只有写写需要同步等待,真正写入时会做一次数据复制,将修改的内容写入副本,写完后用副本替换原来的数据
  19. BlockingQueue是一个接口ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue为主要实现,主要用于进程之间通讯,内部使用了锁和Condition来实现阻塞,poll、offer是无阻塞立即返回的方法,take、put会阻塞等待
  20. SkipList是一种分层索引的链表数据结构,最底层的链表维护了所有元素,每上面一层链表都是下面一层的子集,而且每一层的数据都是有序的。JDK中的跳表实现是ConcurrentSkipListMap,数据结构包括数据Node和索引Index,所有操作都采用 CAS
    static final class Node<K, V> {
      final K key;
      volatile Object value;
      volatile Node<K, V> next;
    }
    
    static class Index<K, V> {
      final Node<K, V> node;
      final Index<K, V> down;
      volatile Index<K, V> right;
    }
    
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