Java并发——基础知识
admin
2024-05-11 05:56:24
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一、并发基础

1. 多线程的作用

平衡CPU内存I/O设备的速度差异,合理利用CPU的高性能

  • CPU增加了缓存,来均衡与内存的速度差异 (导致可见性问题)
  • 操作系统增加了进程、线程,以分时复用CPU来均衡CPU与I/O设备的速度差异(导致原子性问题)
  • 编译程序优化指令执行次序,使得缓存能够更加合理的运用 (导致有序性问题)

2. 并发三要素

可见性: 一个线程对共享变量的修改,另外一个线程能够立刻看到(CPU缓存引起不可见性)

原子性: 多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。(分时复用引起)

有序性: 程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行 (指令重排会打乱顺序)

3. Java 原子性保证

Java内存模型只保证了基本读取简单赋值(如a = 10)操作是原子性的,其他实现需要通过synchronizedLock来实现。由于synchronizedLock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块,那么自然就不存在原子性问题了,从而保证了原子性。

4. Java可见性保证

Java提供了volatile关键字来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值。

而普通的共享变量不能保证可见性,因为普通共享变量被修改之后,什么时候被写入主存是不确定的,当其他线程去读取时,此时内存中可能还是原来的旧值,因此无法保证可见性。

通过synchronizedLock也能够保证可见性,synchronizedLock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码,并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性

5. Java有序性保证

synchronizedLock

synchronizedLock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行同步代码,自然就保

证了有序性。当然JMM是通过Happens-Before 规则来保证有序性的。

二、线程基础

1. Java中线程的使用方式

有三种使用线程的方法:实现 Runnable 接口实现 Callable 接口继承 Thread 类

实现Runnable接口的例子:

 public static void main(String[] args) {MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();Thread thread = new Thread(myRunnable);thread.start();}public static class  MyRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {}}

实现Callable接口的例子:

public class Test {public static void main(String[] args) {MyCallable myCallable = new MyCallable();FutureTask futureTask = new FutureTask<>(myCallable);Thread thread = new Thread(futureTask);thread.start();try {// 获取返回结果System.out.println(futureTask.get());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}public static class  MyCallable implements Callable {@Overridepublic String call() throws Exception {return "ok";}}
}

继承Thread类

public class Test {public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start();}public static class  MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {super.run();}}
}

实现 RunnableCallable 接口的类只能当做一个可以在线程中运行的任务,不是真正意义上的线程,因此最后还需要通过 Thread 来调用。可以说任务是通过线程驱动从而执行的

RunnableCallable的区别

Callable 可以有返回值,返回值通过 FutureTask 进行封装。

当调用 start() 方法启动一个线程时,虚拟机会将该线程放入就绪队列中等待被调度,当一个线程被调度时会执行该线程的run()方法。

如何选择,实现接口更好,因为Java不支持多继承,如果继承Thread类就不能继承其他类了,接口也更轻量。实际上Thread类以也实现了Runnable

2. Daemon守护线程

守护线程是程序运行时在后台提供服务的线程,不属于程序中不可或缺的部分。

当所有非守护线程结束时,程序也就终止,同时会杀死所有守护线程。main() 属于非守护线程。

使用 setDaemon() 方法将一个线程设置为守护线程。

  public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread();thread.setDaemon(true);}

3. sleep()

Thread.sleep(millisec) 方法会休眠当前正在执行的线程,millisec 单位为毫秒。

sleep() 可能会抛出 InterruptedException,因为异常不能跨线程传播回 main() 中,所以必须在本地进行处理。线程中抛出的其它异常也同样需要在本地进行处理。

 try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}

4. join()

在线程中调用另一个线程的join()方法,会将当前线程挂起,而不是忙等待,直到目标线程结束

5. wait() notify() notifyAll()

调用wait()使得线程等待某个条件满足,线程在等待时会被挂起,当其他线程的运行使得这个条件满足时,其它线程会调用notify()或者notifyAll()来唤醒挂起的线程。

它们都属于 Object 的一部分,而不属于 Thread

只能用在同步方法或者同步控制块中,否则会在运行时抛出 IllegalMonitorStateExeception

使用wait()挂起期间,线程会释放锁。这是因为,如果没有释放锁,那么其它线程就无法进入对象的同步方法或者同步控制块中,那么就无法执行notify()或者notifyAll()来唤醒挂起的线程,造成死锁。

6. wait() 和 sleep() 的区别

  • wait() Object 的方法,而 sleep()Thread 的静态方法;
  • wait() 会释放锁,sleep() 不会。

7. await() signal() signalAll()

java.util.concurrent 类库中提供了 Condition 类来实现线程之间的协调,可以在 Condition 上调用await()方法使线程等待,其它线程调用 signal() signalAll() 方法唤醒等待的线程。相比于wait()这种等待方式,await() 可以指定等待的条件,因此更加灵活。

使用 Lock 来获取一个 Condition 对象。

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