java–JUC快速入门（彻底搞懂JUC）
文章目录
1、学习多线程之前需要知道的一些概念。
1.1 JUC是什么？
JUC是java.util.concurrent包的简称，在Java5.0添加，目的就是为了更好的支持高并发任务。让开发者进行多线程编程时减少竞争条件和死锁的问题！
我们在面试过程中也会经常问到这类问题！
1.2 进程与线程的区别：
进程 : 一个运行中的程序的集合; 一个进程往往可以包含多个线程,至少包含一个线程
java默认有几个线程? 两个 main线程 gc线程
线程 : 线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。
1.3 并发与并行的区别：
并发(多线程操作同一个资源,交替执行)
CPU一核, 模拟出来多条线程,天下武功,唯快不破,快速交替
并行(多个人一起行走, 同时进行)
CPU多核,多个线程同时进行 ; 使用线程池操作
1.4 线程有六个状态：
public enum State {
// 新生
NEW,
// 运行
RUNNABLE,
// 阻塞
BLOCKED,
// 等待
WAITING,
//超时等待
TIMED_WAITING,
//终止
TERMINATED;
}
1.5 wait/sleep的区别：
1来自不同的类
wait来自object类, sleep来自线程类
2、关于锁的释放
wait会释放锁, sleep不会释放锁
3、使用的范围不同
wait必须在同步代码块中
sleep可以在任何地方睡
4、是否需要捕获异常
wait不需要捕获异常
sleep需要捕获异常
2、JUC的结构
1，tools（工具类）：又叫信号量三组工具类，包含有
1）CountDownLatch（闭锁） 是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待
2）CyclicBarrier（栅栏） 之所以叫barrier，是因为是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 ，并且在释放等待线程后可以重用。
3）Semaphore（信号量） 是一个计数信号量，它的本质是一个“共享锁“。信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用 acquire()来获取信号量的许可；当信号量中有可用的许可时，线程能获取该许可；否则线程必须等待，直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。
2，executor(执行者)：是Java里面线程池的*接口，但它只是一个执行线程的工具，真正的线程池接口是ExecutorService，里面包含的类有：
1）ScheduledExecutorService 解决那些需要任务重复执行的问题
2）ScheduledThreadPoolExecutor 周期性任务调度的类实现
3，atomic(原子性包)：是JDK提供的一组原子操作类，
包含有AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray等原子变量类，他们的实现原理大多是持有它们各自的对应的类型变量value，而且被volatile关键字修饰了。这样来保证每次一个线程要使用它都会拿到最新的值。
4，locks（锁包）：是JDK提供的锁机制，相比synchronized关键字来进行同步锁，功能更加强大，它为锁提供了一个框架，该框架允许更灵活地使用锁包含的实现类有：
1）ReentrantLock 它是独占锁，是指只能被独自占领，即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。
2）ReentrantReadWriteLock 它包括子类ReadLock和WriteLock。ReadLock是共享锁，而WriteLock是独占锁。
3）LockSupport 它具备阻塞线程和解除阻塞线程的功能，并且不会引发死锁。
5，collections(集合类)：主要是提供线程安全的集合， 比如：
1）ArrayList对应的高并发类是CopyOnWriteArrayList，
2）HashSet对应的高并发类是 CopyOnWriteArraySet，
3）HashMap对应的高并发类是ConcurrentHashMap等等
下面及具体来是学习一下多线程创建及使用方法：
普通的线程代码, 之前都是用的thread或者runnable接口；
具体实现如下：
public class demo01 {
public static void main(String[] args) {
ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
threadDemo.start();
new Thread(new ThreadDemo2()).start();
}
}
class ThreadDemo extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("普通线程已开启（继承Thread）");
}
}
class ThreadDemo2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("普通线程已开启(实现Runnable接口)");
}
}
程序运行结果：
3、Lock锁(重点)
传统synchronized
synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：
1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。
Lock 接口
实现类
reentrantLock构造器
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync(); //无参默认非公平锁
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();//传参为true为公平锁
}
公平锁: 十分公平: 可以先来后到,一定要排队
非公平锁: 十分不公平,可以插队(默认)
public class SaleTicketDemo {
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
new Thread(()->{for(int i = 0; i < 40; i++) ticket.sale();}, "a").start();
new Thread(()->{for(int i = 0; i < 40; i++) ticket.sale();}, "b").start();
new Thread(()->{for(int i = 0; i < 40; i++) ticket.sale();}, "c").start();
}
}
class Ticket {
private int ticketNum = 30;
private Lock lock = new ReentrantLock();
public void sale() {
lock.lock();
try {
if (this.ticketNum > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "购得第" + ticketNum-- + "张票, 剩余" + ticketNum + "张票");
}
//增加错误的发生几率
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
synchronized和lock锁的区别
- synchronized内置的java关键字,Lock是一个java类
- synchronized无法判断获取锁的状态, Lock可以判断是否获取到了锁
- synchronized会自动释放锁,Lock必须要手动释放锁!如果不是释放锁,会产生死锁
- synchronized 线程1(获得锁,阻塞),线程2(等待); Lock锁就不一定会等待下去
- synchronized 可重入锁,不可以中断的,非公平的; Lock锁,可重入的,可以判断锁,非公平(可自己设置);
- synchronized 适合锁少量的代码同步问题,Lock 适合锁大量的同步代码
Condition 精准的通知和唤醒线程
Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法；
Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()
调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用
Conditon中的await()对应Object的wait()；
Condition中的signal()对应Object的notify()；
Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。
Condition常见例子（生产者消费者模式（完成加一减一各一次操作））：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class PC {
public static void main(String[] args) {
a a = new a();
new Thread(()->{
for (int i =0;i<10;i++){
a.increment();
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i =0;i<10;i++){
a.decrease();
}
},"B").start();
}
}
class a{
public int nummber=0;
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
public void increment(){
lock.lock();
try {
while(nummber!=0){
condition.await();
}
nummber++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+">>"+nummber);
condition.signalAll();
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void decrease(){
lock.lock();
try {
while(nummber!=1){
condition.await();
}
nummber--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+">>"+nummber);
condition.signalAll();
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
运行结果：
4、集合类不安全
list 不安全
//java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常!
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
//并发下 arrayList 是不安全的
/**
* 解决方案
* 1. 使用vector解决
* 2. List<String> arrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
* 3. List<String> arrayList = 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,写入的时候,可能会覆盖
//在写入的时候避免覆盖造成数据问题
//CopyOnWriteArrayList 比 vector牛逼在哪里
//读写分离
List<String> arrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(()->{
arrayList.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
System.out.println(arrayList);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
set 不安全
/**
* 同理可证
*/
public class SetTest {
public static void main(String[] args) {
// Set<String> set = new HashSet<>();
//如何解决hashSet线程安全问题
//1. Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(() -> {
set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
System.out.println(set);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
hashSet底层是什么? hashMap
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
// add 的本质就是 map 的 key key是无法重复的
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
private static final Object PRESENT = new Object();//这是一个不变的值
HashMap 不安全
map的基本操作
5、Callable()
- 可以有返回值
- 可以抛出异常
- 方法不同, run() => call()
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread());
new Thread(futureTask,"a").start();
System.out.println(futureTask.get());
}
}
class MyThread implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("call()方法被调用了");
return 1024;
}
}
6、常用的辅助类
CountDownLatch
//计数器
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 倒计时总数是6, 必须要执行任务的时候,再使用!
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " GO out");
countDownLatch.countDown(); //数量减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(); //数量减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
cyclicBarrier
加法计数器
public class CyclicBarrierDemo {
public static void main(String[] args) {
/**
* 集齐77个龙珠召唤神龙
*/
// 召唤龙珠的线程
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, ()->{
System.out.println("召唤神龙成功! ");
});
for (int i = 0; i < 7; i++) {
int temp = i;
//lambda 能拿到i吗
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + temp + "个龙珠");
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
}
Semaphore
public class SemaphoreTest {
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
int temp = i;
new Thread(()->{
try {
semaphore.acquire(); //获取
System.out.println(temp + "号车抢到车位");
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release(); //释放
System.out.println(temp + "号车离开车位");
}
}).start();
}
}
}
原理:
semaphore.acquire(); //获取信号量,假设如果已经满了,等待信号量可用时被唤醒
semaphore.release(); //释放信号量
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
7、读写锁
ReadWriteLock
package com.czp.lock;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* 独占锁(写锁) 一次只能由一个线程占有
* 共享锁(读锁) 一次可以有多个线程占有
* readWriteLock
* 读-读 可以共存
* 读-写 不能共存
* 写-写 不能共存
*/
public class ReadWriteLock {
public static void main(String[] args) {
MyCacheLock myCache = new MyCacheLock();
//写入操作
for (int i = 0; i < 6; i++) {
int temp = i;
new Thread(() -> {
myCache.put(temp + "", temp + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
//读取操作
for (int i = 0; i < 6; i++) {
int temp = i;
new Thread(() -> {
myCache.get(temp + "");
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
class MyCacheLock {
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
//读写锁
private java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
// 存,写入的时候只有一个人操作
public Object get(String key) {
lock.readLock().lock();
Object o = null;
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
o = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok" + o);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.readLock().unlock();
}
return o;
}
public void put(String key, Object value) {
lock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + key);
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入完毕");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.writeLock().unlock();
}
}
}
class MyCache {
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
public Object get(String key) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取");
Object o = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok" + o);
return o;
}
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() + "写入完毕");
}
}
8、阻塞队列
Blockqueue
什么情况下我们会使用阻塞队列,多线程并发处理,线程池!
如何使用队列？
添加 移除
四组API
/**
* 抛出异常
*/
public static void test1() {
//队列的大小
ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(queue.add("a"));
System.out.println(queue.add("b"));
System.out.println(queue.add("c"));
//java.lang.IllegalStateException: Queue full
//System.out.println(queue.add("d"));
System.out.println("----------------------");
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.remove());
//java.util.NoSuchElementException
System.out.println(queue.remove());
//抛出异常
}
/**
* 有返回值没有异常
*/
public static void test2(){
ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(3);
System.out.println(queue.offer("a"));
System.out.println(queue.offer("b"));
System.out.println(queue.offer("c"));
// System.out.println(queue.offer("d")); //offer 不抛出异常
System.out.println(queue.poll());
System.out.println(queue.poll());
System.out.println(queue.poll());
// System.out.println(queue.poll()); //null 不抛出异常
}
/**
* 等待阻塞
*/
public static void test3() throws InterruptedException {
ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(3);
queue.put("a");
queue.put("b");
queue.put("c");
// queue.put("c"); 队列没有位置就会阻塞
System.out.println(queue.take());
System.out.println(queue.take());
System.out.println(queue.take());
}
SynchronizedQueue 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
/**
* 同步队列
* 和其他的lockQueue 不一样， SynchronousQueue 不存储元素
*/
public class SyncQueue {
public static void main(String[] args) {
SynchronousQueue<String> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>(); //同步队列
new Thread(()->{
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 1");
synchronousQueue.put("1");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 2");
synchronousQueue.put("2");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 3");
synchronousQueue.put("3");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"T1").start();
new Thread(()->{
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
},"T2").start();
}
}
9、线程池
因为之前有写过这个文章，可以转到以下链接继续学习：
https://blog.csdn.net/weixin_43888181/article/details/116518664?spm=1001.2014.3001.5501