我是靠谱客的博主 活泼绿草，这篇文章主要介绍尚硅谷JUC面试详细笔记尚硅谷JUC面试详细笔记JMMvolatile关键字CASABA问题集合类不安全问题Java锁CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore阻塞队列Callable接口阻塞队列的应用——生产者消费者阻塞队列的应用——线程池死锁编码和定位，现在分享给大家，希望可以做个参考。
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尚硅谷JUC面试详细笔记
文章目录
- 尚硅谷JUC面试详细笔记
- JMM
- volatile关键字
- 可见性
- 原子性
- 有序性
- 哪些地方用到过volatile？
- 单例模式的安全问题
- CAS
- CAS底层原理
- CAS缺点
- ABA问题
- AtomicReference
- AtomicStampedReference和ABA问题的解决
- 集合类不安全问题
- List
- CopyOnWriteArrayList
- Set
- HashSet和HashMap
- Map
- Java锁
- 公平锁/非公平锁
- 可重入锁/递归锁
- 锁的配对
- 自旋锁
- 读写锁/独占/共享锁
- Synchronized和Lock的区别
- CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore
- CountDownLatch
- 枚举类的使用
- CyclicBarrier
- Semaphore
- 阻塞队列
- SynchronousQueue
- Callable接口
- 阻塞队列的应用——生产者消费者
- 传统模式
- 阻塞队列模式
- 阻塞队列的应用——线程池
- 线程池基本概念
- 线程池三种常用创建方式
- 线程池创建的七个参数
- 线程池底层原理
- 线程池的拒绝策略
- 实际生产使用哪一个线程池？
- 自定义线程池参数选择
- 死锁编码和定位
码云源码
JMM
JMM是指Java内存模型，不是Java内存布局，不是所谓的栈、堆、方法区。
每个Java线程都有自己的工作内存。操作数据，首先从主内存中读，得到一份拷贝，操作完毕后再写回到主内存。
JMM可能带来可见性、原子性和有序性问题。所谓可见性，就是某个线程对主内存内容的更改，应该立刻通知到其它线程。原子性是指一个操作是不可分割的，不能执行到一半，就不执行了。所谓有序性，就是指令是有序的，不会被重排。
volatile关键字
码云源码
volatile关键字是Java提供的一种轻量级同步机制。它能够保证可见性和有序性，但是不能保证原子性。
可见性
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35class MyData{ int number=0; //volatile int number=0; AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(); public void setTo60(){ this.number=60; } //此时number前面已经加了volatile，但是不保证原子性 public void addPlusPlus(){ number++; } public void addAtomic(){ atomicInteger.getAndIncrement(); } } //volatile可以保证可见性，及时通知其它线程主物理内存的值已被修改 private static void volatileVisibilityDemo() { System.out.println("可见性测试"); MyData myData=new MyData();//资源类 //启动一个线程操作共享数据 new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t come in"); try {TimeUnit.SECONDS.sleep(3);myData.setTo60(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t update number value: "+myData.number);}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();} },"AAA").start(); while (myData.number==0){ //main线程持有共享数据的拷贝，一直为0 } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t mission is over. main get number value: "+myData.number); }
MyData类是资源类，一开始number变量没有用volatile修饰，所以程序运行的结果是：
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4可见性测试 AAA come in AAA update number value: 60
虽然一个线程把number修改成了60，但是main线程持有的仍然是最开始的0，所以一直循环，程序不会结束。
如果对number添加了volatile修饰，运行结果是：
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4AAA come in AAA update number value: 60 main mission is over. main get number value: 60
可见某个线程对number的修改，会立刻反映到主内存上。
原子性
volatile并不能保证操作的原子性。这是因为，比如一条number++的操作，会形成3条指令。
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5getfield //读 iconst_1 //++常量1 iadd //加操作 putfield //写操作
假设有3个线程，分别执行number++，都先从主内存中拿到最开始的值，number=0，然后三个线程分别进行操作。假设线程0执行完毕，number=1，也立刻通知到了其它线程，但是此时线程1、2已经拿到了number=0，所以结果就是写覆盖，线程1、2将number变成1。
解决的方式就是：
- 对
addPlusPlus()方法加锁。 - 使用
java.util.concurrent.AtomicInteger类。
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18private static void atomicDemo() { System.out.println("原子性测试"); MyData myData=new MyData(); for (int i = 1; i <= 20; i++) { new Thread(()->{ for (int j = 0; j <1000 ; j++) { myData.addPlusPlus(); myData.addAtomic(); } },String.valueOf(i)).start(); } while (Thread.activeCount()>2){ Thread.yield(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t int type finally number value: "+myData.number); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t AtomicInteger type finally number value: "+myData.atomicInteger); }
结果：可见，由于volatile不能保证原子性，出现了线程重复写的问题，最终结果比20000小。而AtomicInteger可以保证原子性。
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4原子性测试 main int type finally number value: 17542 main AtomicInteger type finally number value: 20000
有序性
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20public class ResortSeqDemo { int a=0; boolean flag=false; /* 多线程下flag=true可能先执行，还没走到a=1就被挂起。 其它线程进入method02的判断，修改a的值=5，而不是6。 */ public void method01(){ a=1; flag=true; } public void method02(){ if (flag){ a+=5; System.out.println("*****retValue: "+a); } } }
volatile可以保证有序性，也就是防止指令重排序。所谓指令重排序，就是出于优化考虑，CPU执行指令的顺序跟程序员自己编写的顺序不一致。就好比一份试卷，题号是老师规定的，是程序员规定的，但是考生（CPU）可以先做选择，也可以先做填空。
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5int x = 11; //语句1 int y = 12; //语句2 x = x + 5; //语句3 y = x * x; //语句4
以上例子，可能出现的执行顺序有1234、2134、1342，这三个都没有问题，最终结果都是x = 16，y=256。但是如果是4开头，就有问题了，y=0。这个时候就不需要指令重排序。
volatile底层是用CPU的内存屏障（Memory Barrier）指令来实现的，有两个作用，一个是保证特定操作的顺序性，二是保证变量的可见性。在指令之间插入一条Memory Barrier指令，告诉编译器和CPU，在Memory Barrier指令之间的指令不能被重排序。
哪些地方用到过volatile？
单例模式的安全问题
常见的DCL（Double Check Lock）模式虽然加了同步，但是在多线程下依然会有线程安全问题。
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26public class SingletonDemo { private static SingletonDemo singletonDemo=null; private SingletonDemo(){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t 我是构造方法"); } //DCL模式 Double Check Lock 双端检索机制：在加锁前后都进行判断 public static SingletonDemo getInstance(){ if (singletonDemo==null){ synchronized (SingletonDemo.class){ if (singletonDemo==null){ singletonDemo=new SingletonDemo(); } } } return singletonDemo; } public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(()->{ SingletonDemo.getInstance(); },String.valueOf(i+1)).start(); } } }
这个漏洞比较tricky，很难捕捉，但是是存在的。instance=new SingletonDemo();可以大致分为三步
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4memory = allocate(); //1.分配内存 instance(memory); //2.初始化对象 instance = memory; //3.设置引用地址
其中2、3没有数据依赖关系，可能发生重排。如果发生，此时内存已经分配，那么instance=memory不为null。如果此时线程挂起，instance(memory)还未执行，对象还未初始化。由于instance!=null，所以两次判断都跳过，最后返回的instance没有任何内容，还没初始化。
解决的方法就是对singletondemo对象添加上volatile关键字，禁止指令重排。
CAS
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CAS是指Compare And Swap，比较并交换，是一种很重要的同步思想。如果主内存的值跟期望值一样，那么就进行修改，否则一直重试，直到一致为止。
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9public class CASDemo { public static void main(String[] args) { AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(5); System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"t current data : "+ atomicInteger.get()); //修改失败 System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 1024)+"t current data : "+ atomicInteger.get()); } }
第一次修改，期望值为5，主内存也为5，修改成功，为2019。第二次修改，期望值为5，主内存为2019，修改失败。
查看AtomicInteger.getAndIncrement()方法，发现其没有加synchronized也实现了同步。这是为什么？
CAS底层原理
AtomicInteger内部维护了volatile int value和private static final Unsafe unsafe两个比较重要的参数。
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4public final int getAndIncrement(){ return unsafe.getAndAddInt(this,valueOffset,1); }
AtomicInteger.getAndIncrement()调用了Unsafe.getAndAddInt()方法。Unsafe类的大部分方法都是native的，用来像C语言一样从底层操作内存。
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8public final int getAnddAddInt(Object var1,long var2,int var4){ int var5; do{ var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); return var5; }
这个方法的var1和var2，就是根据对象和偏移量得到在主内存的快照值var5。然后compareAndSwapInt方法通过var1和var2得到当前主内存的实际值。如果这个实际值跟快照值相等，那么就更新主内存的值为var5+var4。如果不等，那么就一直循环，一直获取快照，一直对比，直到实际值和快照值相等为止。
比如有A、B两个线程，一开始都从主内存中拷贝了原值为3，A线程执行到var5=this.getIntVolatile，即var5=3。此时A线程挂起，B修改原值为4，B线程执行完毕，由于加了volatile，所以这个修改是立即可见的。A线程被唤醒，执行this.compareAndSwapInt()方法，发现这个时候主内存的值不等于快照值3，所以继续循环，重新从主内存获取。
CAS缺点
CAS实际上是一种自旋锁，
- 一直循环，开销比较大。
- 只能保证一个变量的原子操作，多个变量依然要加锁。
- 引出了ABA问题。
ABA问题
码云源码
所谓ABA问题，就是比较并交换的循环，存在一个时间差，而这个时间差可能带来意想不到的问题。比如线程T1将值从A改为B，然后又从B改为A。线程T2看到的就是A，但是却不知道这个A发生了更改。尽管线程T2 CAS操作成功，但不代表就没有问题。
有的需求，比如CAS，只注重头和尾，只要首尾一致就接受。但是有的需求，还看重过程，中间不能发生任何修改，这就引出了AtomicReference原子引用。
AtomicReference
AtomicInteger对整数进行原子操作，如果是一个POJO呢？可以用AtomicReference来包装这个POJO，使其操作原子化。
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20class User { String name; int age; User(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } } public class AtomReferenceDemo { public static void main(String[] args) { User user1 = new User("Jack", 25); User user2 = new User("Lucy", 21); AtomicReference<User> atomicReference = new AtomicReference<>(); atomicReference.set(user1); System.out.println(atomicReference.compareAndSet(user1, user2)); // true // 此时atomicReference变为user2，不再是user1，故原值不匹配，return false System.out.println(atomicReference.compareAndSet(user1, user2)); // false } }
AtomicStampedReference和ABA问题的解决
使用AtomicStampedReference类可以解决ABA问题。这个类维护了一个“版本号”Stamp，在进行CAS操作的时候，不仅要比较当前值，还要比较版本号。只有两者都相等，才执行更新操作。
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2AtomicStampedReference.compareAndSet(expectedReference,newReference,oldStamp,newStamp);
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61public class ABAProblem { static AtomicReference<Integer> atomicReference = new AtomicReference<>(100); static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(100, 1); public static void main(String[] args) { System.out.println("======ABA问题的产生======"); new Thread(() -> { atomicReference.compareAndSet(100, 101); atomicReference.compareAndSet(101, 100); }, "t1").start(); new Thread(() -> { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2019) + "t" + atomicReference.get().toString()); }, "t2").start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("======ABA问题的解决======"); new Thread(() -> { int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t第一次版本号： " + stamp); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } atomicStampedReference.compareAndSet(100, 101, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t第二次版本号： " + atomicStampedReference.getStamp()); atomicStampedReference.compareAndSet(101, 100, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t第三次版本号： " + atomicStampedReference.getStamp()); }, "t3").start(); new Thread(() -> { int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t第一次版本号： " + stamp); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } boolean result = atomicStampedReference.compareAndSet(100, 2019, stamp, stamp + 1); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t修改成功与否：" + result + " 当前最新版本号" + atomicStampedReference.getStamp()); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t当前实际值：" + atomicStampedReference.getReference()); }, "t4").start(); } }
集合类不安全问题
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List
ArrayList不是线程安全类，在多线程同时写的情况下，会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
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10private static void listNotSafe() { List<String> list=new ArrayList<>(); for (int i = 1; i <= 30; i++) { new Thread(() -> { list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8)); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t" + list); }, String.valueOf(i)).start(); } }
解决方法：
- 使用
Vector（ArrayList所有方法加synchronized，太重）。 - 使用
Collections.synchronizedList()转换成线程安全类。 - 使用
java.concurrent.CopyOnWriteArrayList（推荐）。
CopyOnWriteArrayList
这是JUC的类，通过写时复制来实现读写分离。比如其add()方法，就是先复制一个新数组，长度为原数组长度+1，然后将新数组最后一个元素设为添加的元素。
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19public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { //得到旧数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //复制新数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //设置新元素 newElements[len] = e; //设置新数组 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
Set
跟List类似，HashSet和TreeSet都不是线程安全的，与之对应的有CopyOnWriteSet这个线程安全类。这个类底层维护了一个CopyOnWriteArrayList数组。
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5private final CopyOnWriteArrayList<E> al; public CopyOnWriteArraySet() { al = new CopyOnWriteArrayList<E>(); }
HashSet和HashMap
HashSet底层是用HashMap实现的。既然是用HashMap实现的，那HashMap.put()需要传两个参数，而HashSet.add()只传一个参数，这是为什么？实际上HashSet.add()就是调用的HashMap.put()，只不过Value被写死了，是一个private static final Object对象。
Map
HashMap不是线程安全的，Hashtable是线程安全的，但是跟Vector类似，太重量级。所以也有类似CopyOnWriteMap，只不过叫ConcurrentHashMap。
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70/* * @Author: motongxue * @Date: 2020-10-30 19:48:37 * @LastEditors: motongxue * @LastEditTime: 2020-11-01 13:50:56 * @Blog: https://motongxue.cn * @Description: * 1. 故障现象 * java.util.ConcurrentModificationException * * 2. 导致原因 * 并发争抢修改容器导致，参考花名册签名情况 * 一个线程在写，另一个线程过来抢夺，导致数据不一致（并发修改异常） * 3. 解决方案 * 1. new Vector<>(); * 2. Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); * 3. new CopyOnWriteArrayList<>(); * 4. 优化建议 * */ package concurrent.notSafeContainer; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Map; import java.util.UUID; import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class ContainerThreadConcurrentException { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { listNotSafe(); mapNotSafe(); } /** * Map没有CopyOnWriteMap，所以需要用ConcurrentHashMap，从1.8开始 */ private static void mapNotSafe() { // Map<String,String> map = new HashMap<>(); Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>(); for (int i = 0; i < 100; i++) { new Thread(() -> { map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8)); System.out.println(map); }, String.valueOf(i)).start(); } } private static void listNotSafe() { List<String> list = new ArrayList<>(); // List<String> list = new Vector<>(); // List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); // List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); for (int i = 0; i < 300; i++) { new Thread(() -> { list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8)); // System.out.println(list); // synchronized(ListThreadConcurrentException.class){ for (String x : list) { System.out.print(x + " "); } System.out.println(); // } }, String.valueOf(i)).start(); } } }
Java锁
码云源码
公平锁/非公平锁
概念：所谓公平锁，就是多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，类似排队，先到先得。而非公平锁，则是多个线程抢夺锁，会导致优先级反转或饥饿现象。
区别：公平锁在获取锁时先查看此锁维护的等待队列，为空或者当前线程是等待队列的队首，则直接占有锁，否则插入到等待队列，FIFO原则。非公平锁比较粗鲁，上来直接先尝试占有锁，失败则采用公平锁方式。非公平锁的优点是吞吐量比公平锁更大。
synchronized和juc.ReentrantLock默认都是非公平锁。ReentrantLock在构造的时候传入true则是公平锁。
可重入锁/递归锁
可重入锁又叫递归锁，指的同一个线程在外层方法获得锁时，进入内层方法会自动获取锁。也就是说，线程可以进入任何一个它已经拥有锁的代码块。比如get方法里面有set方法，两个方法都有同一把锁，得到了get的锁，就自动得到了set的锁。
就像有了家门的锁，厕所、书房、厨房就为你敞开了一样。可重入锁可以避免死锁的问题。
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78/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn */ package concurrent.reentrantlock; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ReentrantLockDemo { public static void main(String[] args) { Phone phone=new Phone(); syncTest(phone); System.out.println(); Thread t3=new Thread(phone); Thread t4=new Thread(phone); t3.start(); t4.start(); } private static void syncTest(Phone phone) { new Thread(()->{ try{ phone.sendSMS(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } },"t1").start(); new Thread(()->{ try{ phone.sendSMS(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } },"t2").start(); } } class Phone implements Runnable{ //Synchronized TEST public synchronized void sendSMS(){ System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"t"+"sendSMS()"); sendEmail(); } public synchronized void sendEmail(){ System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"t"+"sendEmail()"); } //Reentrant TEST Lock lock=new ReentrantLock(); @Override public void run() { get(); } public void get(){ lock.lock(); try{ System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"t"+"get()"); set(); }finally { lock.unlock(); } } public void set(){ lock.lock(); try{ System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"t"+"set()"); }finally { lock.unlock(); } } }
锁的配对
锁之间要配对，加了几把锁，最后就得解开几把锁，下面的代码编译和运行都没有任何问题。但锁的数量不匹配会导致死循环。
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8lock.lock(); lock.lock(); try{ someAction(); }finally{ lock.unlock(); }
自旋锁
所谓自旋锁，就是尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取。自己在那儿一直循环获取，就像“自旋”一样。这样的好处是减少线程切换的上下文开销，缺点是会消耗CPU。CAS底层的getAndAddInt就是自旋锁思想。
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3//跟CAS类似，一直循环比较。 while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) { }
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54/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn */ package concurrent.reentrantlock; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference; public class SpinLockDemo { AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>(); public static void main(String[] args) { SpinLockDemo spinLockDemo = new SpinLockDemo(); new Thread(() -> { spinLockDemo.myLock(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } spinLockDemo.myUnlock(); }, "AA").start(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } new Thread(() -> { spinLockDemo.myLock(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } spinLockDemo.myUnlock(); }, "BB").start(); } public void myLock() { Thread thread = Thread.currentThread(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t" + " come in ..."); while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) { } } public void myUnlock() { Thread thread = Thread.currentThread(); atomicReference.compareAndSet(thread, null); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t" + " unlock ..."); } }
读写锁/独占/共享锁
读锁是共享的，写锁是独占的。juc.ReentrantLock和synchronized都是独占锁，独占锁就是一个锁只能被一个线程所持有。有的时候，需要读写分离，那么就要引入读写锁，即juc.ReentrantReadWriteLock。
比如缓存，就需要读写锁来控制。缓存就是一个键值对，以下Demo模拟了缓存的读写操作，读的get方法使用了ReentrantReadWriteLock.ReadLock()，写的put方法使用了ReentrantReadWriteLock.WriteLock()。这样避免了写被打断，实现了多个线程同时读。
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50/* * @Author: motongxue * @Date: 2020-10-31 21:52:26 * @LastEditors: motongxue * @LastEditTime: 2020-11-07 20:46:21 * @Blog: https://motongxue.cn * @Description: file content */ package concurrent.sortsOfLock; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; class MyCache{ Map<String,Object> map = new HashMap<>(); ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock(); public void put(String key,Object value){ rwLock.writeLock().lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t进行写入操作t"+key); map.put(key,value); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t写入完成t"+key); rwLock.writeLock().unlock(); } public void get(String key){ rwLock.readLock().lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t进行读取操作t"+key); map.get(key); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t读取完成t"+key+"t"); rwLock.readLock().unlock(); } } public class ReadWriteLockDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyCache myCache = new MyCache(); for(int i=0;i<5;i++){ final int tmp = i; new Thread(()->{ myCache.put(tmp+"", tmp+""); },String.valueOf(i)).start(); } Thread.sleep(3000); for(int i=0;i<5;i++){ final int tmp = i; new Thread(()->{ myCache.get(tmp+""); },String.valueOf(i)).start(); } } }
Synchronized和Lock的区别
synchronized关键字和java.util.concurrent.locks.Lock都能加锁，两者有什么区别呢？
- 原始构成：
sync是JVM层面的，底层通过monitorenter和monitorexit来实现的。Lock是JDK API层面的。（sync一个enter会有两个exit，一个是正常退出，一个是异常退出） - 使用方法：
sync不需要手动释放锁，而Lock需要手动释放。 - 是否可中断：
sync不可中断，除非抛出异常或者正常运行完成。Lock是可中断的，通过调用interrupt()方法。 - 是否为公平锁：
sync只能是非公平锁，而Lock既能是公平锁，又能是非公平锁。 - 绑定多个条件：
sync不能，只能随机唤醒。而Lock可以通过Condition来绑定多个条件，精确唤醒。
CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore
码云源码
CountDownLatch
CountDownLatch内部维护了一个计数器，只有当计数器==0时，某些线程才会停止阻塞，开始执行。
CountDownLatch主要有两个方法，countDown()来让计数器-1，await()来让线程阻塞。当count==0时，阻塞线程自动唤醒。
案例一班长关门：main线程是班长，6个线程是学生。只有6个线程运行完毕，都离开教室后，main线程班长才会关教室门。
案例二秦灭六国：只有6国都被灭亡后（执行完毕），main线程才会显示“秦国一统天下”。
枚举类的使用
在案例二中会使用到枚举类，因为灭六国，循环6次，想根据i的值来确定输出什么国，比如1代表楚国，2代表赵国。如果用判断则十分繁杂，而枚举类可以简化操作。
枚举类就像一个简化的数据库，枚举类名就像数据库名，枚举的项目就像数据表，枚举的属性就像表的字段。
关于CountDownLatch和枚举类的使用
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27/* * @Author: motongxue * @Date: 2020-10-31 22:40:55 * @LastEditors: motongxue * @LastEditTime: 2020-11-01 11:23:08 * @Blog: https://motongxue.cn * @Description: * 做减法，等到资源为0，才执行，与CyclicBarrier相反 */ package concurrent.countDownLatch; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class CountDownLatchDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6); for(int i=1;i<=6;i++){ new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t国被灭"); countDownLatch.countDown(); },CountryEnum.foreach_CountryEnum(i).getRetValue()).start(); } countDownLatch.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t秦国统一"); } }
枚举类
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44/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn * @Description: 六国枚举类，用于countdownLatchDemo使用 */ package concurrent.countDownLatch; public enum CountryEnum { ONE(1, "齐"), TWO(2, "楚"), THREE(3, "燕"), FOUR(4, "赵"), FIVE(5, "魏"), SIX(6, "韩"); Integer retCode; String retValue; public Integer getRetCode() { return retCode; } public void setRetCode(Integer retCode) { this.retCode = retCode; } public String getRetValue() { return retValue; } public void setRetValue(String retValue) { this.retValue = retValue; } CountryEnum(Integer retCode, String retValue) { this.retCode = retCode; this.retValue = retValue; } public static CountryEnum foreach_CountryEnum(int index) { CountryEnum[] countryEnums = CountryEnum.values(); for (CountryEnum element : countryEnums) { if (element.retCode == index) { return element; } } return null; } }
CyclicBarrier
CountDownLatch是减，而CyclicBarrier是加，理解了CountDownLatch，CyclicBarrier就很容易。比如召集7颗龙珠才能召唤神龙，详见
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30/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn * 与CountDownLatch相反， * 当召集到七颗龙珠才能召唤神龙 */ package concurrent.cyclicBarrier; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class CyclicBarrierDemo { public static void main(String[] args) { CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> { System.out.println("----龙珠集齐，召唤神龙"); }); for (int i = 0; i < 7; i++) { final int tmp = i; new Thread(() -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t收集到第" + tmp + "颗龙珠"); try { cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } },String.valueOf(i)).start(); } } }
Semaphore
CountDownLatch的问题是不能复用。比如count=3，那么加到3，就不能继续操作了。而Semaphore可以解决这个问题，比如6辆车3个停车位，对于CountDownLatch只能停3辆车，而Semaphore可以停6辆车，车位空出来后，其它车可以占有，这就涉及到了Semaphore.accquire()和Semaphore.release()方法。
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29/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn * Semephore就是信号灯，相比 CountDownLatch、CyclicBarrier最大的特点就是可重用 * 本次案例模拟六辆车抢三车位 */ package concurrent.semaphore; import java.util.concurrent.Semaphore; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class SemaphoreDemo { public static void main(String[] args) { Semaphore semaphore = new Semaphore(3); for (int i = 0; i < 6; i++) { new Thread(() -> { try { semaphore.acquire(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t抢到车位"); TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t1秒后离开车位"); semaphore.release(); },String.valueOf(i)).start(); } } }
阻塞队列
码云源码
概念：当阻塞队列为空时，获取（take）操作是阻塞的；当阻塞队列为满时，添加（put）操作是阻塞的。
好处：阻塞队列不用手动控制什么时候该被阻塞，什么时候该被唤醒，简化了操作。
体系：Collection→Queue→BlockingQueue→七个阻塞队列实现类。
| 类名 | 作用 |
|---|---|
| ArrayBlockingQueue | 由数组构成的有界阻塞队列 |
| LinkedBlockingQueue | 由链表构成的有界阻塞队列 |
| PriorityBlockingQueue | 支持优先级排序的无界阻塞队列 |
| DelayQueue | 支持优先级的延迟无界阻塞队列 |
| SynchronousQueue | 单个元素的阻塞队列 |
| LinkedTransferQueue | 由链表构成的无界阻塞队列 |
| LinkedBlockingDeque | 由链表构成的双向阻塞队列 |
粗体标记的三个用得比较多，许多消息中间件底层就是用它们实现的。
需要注意的是LinkedBlockingQueue虽然是有界的，但有个巨坑，其默认大小是Integer.MAX_VALUE，高达21亿，一般情况下内存早爆了（在线程池的ThreadPoolExecutor有体现）。
API：抛出异常是指当队列满时，再次插入会抛出异常；返回布尔是指当队列满时，再次插入会返回false；阻塞是指当队列满时，再次插入会被阻塞，直到队列取出一个元素，才能插入。超时是指当一个时限过后，才会插入或者取出。API使用见
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62/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn */ package concurrent.blockingqueue; import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class BlockingQueueApi { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<String>(3); addAndRemove(blockingQueue); offerAndPoll(blockingQueue); putAndTake(blockingQueue); outOfTime(blockingQueue); } private static void outOfTime(BlockingQueue<String> blockingQueue) throws InterruptedException { System.out.println(blockingQueue.offer("a",2L, TimeUnit.SECONDS)); System.out.println(blockingQueue.offer("a",2L, TimeUnit.SECONDS)); System.out.println(blockingQueue.offer("a",2L, TimeUnit.SECONDS)); System.out.println(blockingQueue.offer("a",2L, TimeUnit.SECONDS)); } private static void putAndTake(BlockingQueue<String> blockingQueue) throws InterruptedException { blockingQueue.put("a"); blockingQueue.put("b"); blockingQueue.put("c"); blockingQueue.put("d"); System.out.println(blockingQueue.take()); System.out.println(blockingQueue.take()); System.out.println(blockingQueue.take()); System.out.println(blockingQueue.take()); } private static void offerAndPoll(BlockingQueue<String> blockingQueue) { System.out.println(blockingQueue.offer("a")); System.out.println(blockingQueue.offer("b")); System.out.println(blockingQueue.offer("c")); System.out.println(blockingQueue.offer("e")); System.out.println(blockingQueue.peek()); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); System.out.println(blockingQueue.poll()); } private static void addAndRemove(BlockingQueue<String> blockingQueue) { System.out.println(blockingQueue.add("a")); System.out.println(blockingQueue.add("b")); System.out.println(blockingQueue.add("c")); System.out.println(blockingQueue.add("e")); System.out.println(blockingQueue.element()); System.out.println(blockingQueue.remove()); System.out.println(blockingQueue.remove()); System.out.println(blockingQueue.remove()); System.out.println(blockingQueue.remove()); } }
| 方法类型 | 抛出异常 | 返回布尔 | 阻塞 | 超时 |
|---|---|---|---|---|
| 插入 | add(E e) | offer(E e) | put(E e) | offer(E e,Time,TimeUnit) |
| 取出 | remove() | poll() | take() | poll(Time,TimeUnit) |
| 队首 | element() | peek() | 无 | 无 |
SynchronousQueue
队列只有一个元素，如果想插入多个，必须等队列元素取出后，才能插入，只能有一个“坑位”，用一个插一个，详见SynchronousQueueDemo
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56/* * @Author: motongxue * @Date: 2020-11-07 20:52:38 * @LastEditors: motongxue * @LastEditTime: 2020-11-07 20:53:03 * @Blog: https://motongxue.cn * @Description: file content */ package concurrent.blockingqueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.SynchronousQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class SynchronousQueueDemo { public static void main(String[] args) { BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<String>(); new Thread(() -> { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t put 1"); blockingQueue.put("1"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t put 2"); blockingQueue.put("2"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t put 3"); blockingQueue.put("3"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "AAA").start(); new Thread(() -> { try { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t take " + blockingQueue.take()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t take " + blockingQueue.take()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t take" + blockingQueue.take()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }, "BBB").start(); } }
Callable接口
与Runnable的区别：
- Callable带返回值。
- 会抛出异常。
- 覆写
call()方法，而不是run()方法。
Callable接口的使用：
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22public class CallableDemo { //实现Callable接口 class MyThread implements Callable<Integer> { @Override public Integer call() throws Exception { System.out.println("callable come in ..."); return 1024; } } public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { //创建FutureTask类，接受MyThread。 FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread()); //将FutureTask对象放到Thread类的构造器里面。 new Thread(futureTask, "AA").start(); int result01 = 100; //用FutureTask的get方法得到返回值。 int result02 = futureTask.get(); System.out.println("result=" + (result01 + result02)); } }
阻塞队列的应用——生产者消费者
码云源码
传统模式
传统模式使用Lock来进行操作，需要手动加锁、解锁。详见ProdConsTradiDemo
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82/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn * 初始值为0的变量，两个线程交替操作，一个+1，一个-1，执行五轮 * 1 线程 操作 资源类 * 2 判断 干活 通知 * 3 防止虚假唤醒机制 */ package concurrent.blockingqueue; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ProdConsTradiDemo { public static void main(String[] args) { ShareData shareData = new ShareData(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 5; i++) { try { shareData.increment(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }, "Producer").start(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 5; i++) { try { shareData.decrement(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }, "Consumer").start(); } } class ShareData { private int number = 0; private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition = lock.newCondition(); public void increment() throws InterruptedException { lock.lock(); try { //1 判断 while (number != 0) { //等待，不能生产 condition.await(); } //2 干活 number++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t" + number); //3 通知唤醒 condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } public void decrement() throws InterruptedException { lock.lock(); try { //1 判断 while (number == 0) { //等待，不能生产 condition.await(); } //2 干活 number--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t" + number); //3 通知唤醒 condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } }
阻塞队列模式
使用阻塞队列就不需要手动加锁了
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133/* * @Author: motongxue * @Blog: https://motongxue.cn * 当阻塞队列为空时，获取元素操作会被阻塞 * 当阻塞队列为满时，添加元素操作会被阻塞 */ package concurrent.blockingqueue; import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; class MyResource { // 默认开启，进行生产消费 // 这里用到了volatile是为了保持数据的可见性，也就是当TLAG修改时，要马上通知其它线程进行修改 private volatile boolean FLAG = true; // 使用原子包装类，而不用number++ private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(); // 这里不能为了满足条件，而实例化一个具体的SynchronousBlockingQueue BlockingQueue<String> blockingQueue = null; // 而应该采用依赖注入里面的，构造注入方法传入 public MyResource(BlockingQueue<String> blockingQueue) { this.blockingQueue = blockingQueue; // 查询出传入的class是什么 System.out.println(blockingQueue.getClass().getName()); } /** * 生产 * @throws Exception */ public void myProd() throws Exception{ String data = null; boolean retValue; // 多线程环境的判断，一定要使用while进行，防止出现虚假唤醒 // 当FLAG为true的时候，开始生产 while(FLAG) { data = atomicInteger.incrementAndGet() + ""; // 2秒存入1个data retValue = blockingQueue.offer(data, 2L, TimeUnit.SECONDS); if(retValue) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 插入队列:" + data + "成功" ); } else { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 插入队列:" + data + "失败" ); } try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 停止生产，表示FLAG=false，生产介绍"); } /** * 消费 * @throws Exception */ public void myConsumer() throws Exception{ String retValue; // 多线程环境的判断，一定要使用while进行，防止出现虚假唤醒 // 当FLAG为true的时候，开始生产 while(FLAG) { // 2秒存入1个data retValue = blockingQueue.poll(2L, TimeUnit.SECONDS); if(retValue != null && retValue != "") { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 消费队列:" + retValue + "成功" ); } else { FLAG = false; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 消费失败，队列中已为空，退出" ); // 退出消费队列 return; } } } /** * 停止生产的判断 */ public void stop() { this.FLAG = false; } } public class ProdConsumerBlockingQueueDemo { public static void main(String[] args) { // 传入具体的实现类， ArrayBlockingQueue MyResource myResource = new MyResource(new ArrayBlockingQueue<String>(10)); new Thread(() -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 生产线程启动"); System.out.println(""); System.out.println(""); try { myResource.myProd(); System.out.println(""); System.out.println(""); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }, "prod").start(); new Thread(() -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "t 消费线程启动"); try { myResource.myConsumer(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }, "consumer").start(); // 5秒后，停止生产和消费 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("5秒中后，生产和消费线程停止，线程结束"); myResource.stop(); } }
阻塞队列的应用——线程池
码云源码
线程池基本概念
概念：线程池主要是控制运行线程的数量，将待处理任务放到等待队列，然后创建线程执行这些任务。如果超过了最大线程数，则等待。
优点：
- 线程复用：不用一直new新线程，重复利用已经创建的线程来降低线程的创建和销毁开销，节省系统资源。
- 提高响应速度：当任务达到时，不用创建新的线程，直接利用线程池的线程。
- 管理线程：可以控制最大并发数，控制线程的创建等。
体系：Executor→ExecutorService→AbstractExecutorService→ThreadPoolExecutor。ThreadPoolExecutor是线程池创建的核心类。类似Arrays、Collections工具类，Executor也有自己的工具类Executors。
线程池三种常用创建方式
newFixedThreadPool：使用LinkedBlockingQueue实现，定长线程池。
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6public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); }
newSingleThreadExecutor：使用LinkedBlockingQueue实现，一池只有一个线程。
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6public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); }
newCachedThreadPool：使用SynchronousQueue实现，变长线程池。
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6public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
线程池创建的七个参数
| 参数 | 意义 |
|---|---|
| corePoolSize | 线程池常驻核心线程数 |
| maximumPoolSize | 能够容纳的最大线程数 |
| keepAliveTime | 空闲线程存活时间 |
| unit | 存活时间单位 |
| workQueue | 存放提交但未执行任务的队列 |
| threadFactory | 创建线程的工厂类 |
| handler | 等待队列满后的拒绝策略 |
理解：线程池的创建参数，就像一个银行。
corePoolSize就像银行的“当值窗口“，比如今天有2位柜员在受理客户请求（任务）。如果超过2个客户，那么新的客户就会在等候区（等待队列workQueue）等待。当等候区也满了，这个时候就要开启“加班窗口”，让其它3位柜员来加班，此时达到最大窗口maximumPoolSize，为5个。如果开启了所有窗口，等候区依然满员，此时就应该启动”拒绝策略“handler，告诉不断涌入的客户，叫他们不要进入，已经爆满了。由于不再涌入新客户，办完事的客户增多，窗口开始空闲，这个时候就通过keepAlivetTime将多余的3个”加班窗口“取消，恢复到2个”当值窗口“。
线程池底层原理
原理图：上面银行的例子，实际上就是线程池的工作原理。
流程图：
新任务到达→
如果正在运行的线程数小于corePoolSize，创建核心线程；大于等于corePoolSize，放入等待队列。
如果等待队列已满，但正在运行的线程数小于maximumPoolSize，创建非核心线程；大于等于maximumPoolSize，启动拒绝策略。
当一个线程无事可做一段时间keepAliveTime后，如果正在运行的线程数大于corePoolSize，则关闭非核心线程。
线程池的拒绝策略
当等待队列满时，且达到最大线程数，再有新任务到来，就需要启动拒绝策略。JDK提供了四种拒绝策略，分别是。
- AbortPolicy：默认的策略，直接抛出
RejectedExecutionException异常，阻止系统正常运行。 - CallerRunsPolicy：既不会抛出异常，也不会终止任务，而是将任务返回给调用者。
- DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交任务。
- DiscardPolicy：直接丢弃任务，不做任何处理。
实际生产使用哪一个线程池？
单一、可变、定长都不用！原因就是FixedThreadPool和SingleThreadExecutor底层都是用LinkedBlockingQueue实现的，这个队列最大长度为Integer.MAX_VALUE，显然会导致OOM。所以实际生产一般自己通过ThreadPoolExecutor的7个参数，自定义线程池。
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6ExecutorService threadPool=new ThreadPoolExecutor(2,5, 1L,TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(3), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
自定义线程池参数选择
对于CPU密集型任务，最大线程数是CPU线程数+1。对于IO密集型任务，尽量多配点，可以是CPU线程数*2，或者CPU线程数/(1-阻塞系数)。
死锁编码和定位
主要是两个命令配合起来使用，定位死锁。
jps指令：jps -l可以查看运行的Java进程。
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39688 thread.DeadLockDemo 12177 sun.tools.jps.Jps
jstack指令：jstack pid可以查看某个Java进程的堆栈信息，同时分析出死锁。
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13===================== "Thread AAA": at xxxxx - waiting to lock <0x000111> - locked <0x000222> at java.lang.Thread.run "Thread BBB": at xxxxx - waiting to lock <0x000222> - locked <0x000111> at java.lang.Thread.run Found 1 deadlock.
码云源码
2020年11月7日更
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最后
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