1. 概述
- 三种性质
- 可见性:一个线程对共享变量的修改,另一个线程能立刻看到。缓存可导致可见性问题。
- 原子性:一个或多个CPU执行操作不被中断。线程切换可导致原子性问题。
- 有序性:编译器优化可能导致指令顺序发生改变。编译器优化可能导致有序性问题。
- 三个问题
- 安全性问题:线程安全
- 活跃性问题:死锁、活锁、饥饿
- 性能问题:
- 使用无锁结构:TLS,Copy-On-Write,乐观锁;Java的原子类,Disruptor无锁队列
- 减少锁的持有时间:让锁细粒度。如ConcurrentHashmap;再如读写锁,读无锁写有锁
2. Java内存模型
- volatile
- C语言中的原意:禁用CPU缓存,从内存中读出和写入。
- Java语言的引申义:
- Java会将变量立刻写入内存,其他线程读取时直接从内存读(普通变量改变后,什么时候写入内存是不一定的)
- 禁止指令重排序
- 解决问题:
- 保证可见性
- 保证有序性
- 不能保证原子性
- Happens-Before规则(H-B)
- 程序顺序性规则:前面执行的语句对后面语句可见
- volatile变量规则:volatile变量的写操作对后续的读操作可见
- 传递性规则:A H-B B,B H-B C,那么A H-B C
- 管程中锁的规则:对一个锁的解锁 H-B于 后续对这个锁的加锁
3. 互斥锁sychronized
- 锁对象:非静态this,静态Class,括号Object参数
- 预防死锁:
- 互斥:不能破坏
- 占有且等待:同时申请所有资源
- 不可抢占:sychronized解决不了,Lock可以解决
- 循环等待:给资源设置id字段,每次都是按顺序申请锁
- 等待通知机制:
- wait、notify、notifyAll
class Allocator { private List<Object> als; // 一次性申请所有资源 synchronized void apply( Object from, Object to){ // 经典写法 while(als.contains(from) || als.contains(to)){ try{ wait(); }catch(Exception e){ } } als.add(from); als.add(to); } // 归还资源 synchronized void free( Object from, Object to){ als.remove(from); als.remove(to); notifyAll(); } }
4. 线程的生命周期
- 通用线程的生命周期:
- Java线程的生命周期:
- 状态流转:
- RUNNABLE -- BLOCKED:线程获取和等待sychronized隐式锁
- ps:调用阻塞式API时,不会进入BLOCKED状态,但对于操作系统而言,线程实际上进入了休眠态,只不过JVM不关心。
- RUNNABLE -- WAITING:
- Object.wait()
- Thread.join()
- LockSupport.park()
- RUNNABLE -- TIMED-WAITING:调用各种带超时参数的线程方法
- NEW -- RUNNABLE:Thread.start()
- RUNNABLE -- TERMINATED:线程运行完毕,有异常抛出,或手动调用线程stop()
6. 线程的性能指标
- 延迟:发出请求到收到响应
- 吞吐量:单位时间内处理的请求数量
- 最佳线程数:
- CPU密集型:线程数 = CPU核数 + 1
- IO密集型:线程数 = (IO耗时/CPU耗时 + 1)* CPU核数
7. JDK并发包
- Lock:lock、unlock
- 互斥锁,和sychronized一样的功能,里面能保证可见性
- Condition:await、signal
- 条件,相比于sychronized的Object.wait,Condition可以实现多条件唤醒等待机制
- Semaphore:acquire、release
- 信号量,可以用来实现多个线程访问一个临界区,如实现对象池设计中的限流器
- ReadWriteLock:readLock、writeLock
- 写锁、读锁,允许多线程读,一个线程写,写锁持有时所有读锁和写锁的获取都阻塞(写锁的获取要等所有读写锁释放)
- 适用于读多写少的场景
- StampedLock:tryOptimisticRead、validate
- 写锁、读锁(分悲观读锁、乐观读锁):
- 线程同步:
- CountDownLatch:一个线程等待多个线程
- 初始化 --> countDown(减1) --> await(等待为0)
- CyclicBarrier:一组线程之间相互等待
- 初始化 --> 设置回调函数(为0时执行,并返回原始值) --> await(减1并等待为0)
- 并发容器:
- List:
- CopyOnWriteArrayList:适用写少的场景,要容忍可能的读不一致
- Map:
- ConcurrentHashMap:分段锁
- ConcurrentSkipListMap:跳表
- Set:
- CopyOnWriteArraySet:同上
- ConcurrentSkipListSet:同上
- Queue:
- 分类:阻塞Blocking、单端Queue、双端Deque
- 单端阻塞(BlockingQueue):Array~、Linked~、Sychronized~、LinkedTransfer~、Priority~、Delay~
- 双端阻塞(BlockingDeque):Linked~
- 单端非阻塞(Queue):ConcurrentLinked~
- 双端非阻塞(Deque):ConcurrentLinked~
- 原子类:
- 无锁方案原理:增加了硬件支持,即CPU的CAS指令
- ABA问题:有解决ABA问题的需求时,增加一个递增的版本号纬度化解
- 分类:原子化基本数据类型,原子化引用类型、原子化数组、原子化对象属性更新器、原子化累加器
- Future:
- Future:cancel、isCanceled、isDone、get
- FutureTask:实现了Runnable和Future接口
- 强大工具类
- CompletableFuture:一个强大的异步编程工具类(任务之间有聚合关系),暂时略
- CompletionService:批量并行任务,暂时略
8. 线程池
- 设计原理:
- 用生产者消费者模型,线程池是消费者,调用者是生产者。
- 线程池对象里维护一个阻塞队列,一个已经跑起来的工作线程组ThreadsList
- ThreadList里面循环从队列中去Runnable任务,并调用run方法
// 简化的线程池,仅用来说明工作原理 class MyThreadPool{ // 利用阻塞队列实现生产者 - 消费者模式 BlockingQueue<Runnable> workQueue; // 保存内部工作线程 List<WorkerThread> threads = new ArrayList<>(); // 构造方法 MyThreadPool(int poolSize, BlockingQueue<Runnable> workQueue){ this.workQueue = workQueue; // 创建工作线程 for(int idx=0; idx<poolSize; idx++){ WorkerThread work = new WorkerThread(); work.start(); threads.add(work); } } // 提交任务 void execute(Runnable command){ workQueue.put(command); } // 工作线程负责消费任务,并执行任务 class WorkerThread extends Thread{ public void run() { // 循环取任务并执行 while(true){ ① Runnable task = workQueue.take(); task.run(); } } } } /** 下面是使用示例 **/ // 创建有界阻塞队列 BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(2); // 创建线程池 MyThreadPool pool = new MyThreadPool( 10, workQueue); // 提交任务 pool.execute(()->{ System.out.println("hello"); });
- ThreadPoolExcutor
- 参数
- corePoolSize:线程池保有的最小线程数
- maximumPoolSize:线程池创建的最大线程数
- keepAliveTime:工作线程多久没收到任务,被认为是闲的
- workQueue:工作队列
- threadFactory:通过这个参数自定义如何创建线程
- handler:任务拒绝策略
- 默认为AbortPolicy,会抛出RejectedExecutionException,这是个运行时异常,要注意
- 方法
- void execute()
- Future submit(Runnable task | Callable task)
9. 鸟瞰并行任务分类
最后呢,来一些题外话哈:
学习Java,书籍是必不可少的学习工具之一,尤其是对于自学者而言。废话不多说,下边就给大家推荐一些Java进阶的好书。
第一部分:Java语言篇
1.《Java编程规范》 适合对象:初级、中级
介绍:这本书的作者是被誉为Java之父的James Gosling,入门者推荐阅读,对基础的讲解很不错。
2.《Java编程思想》 适合对象:初级、中级
介绍:豆瓣给出了9.1的评分,全球程序员广泛赞誉。有人说这本书不适合初学者,不过小编认为作者并没有对读者已有的知识经验有过多要求,只是要求读者需要知道基本的程序语言。作者以通俗易懂及小而直接的示例解释了一个个晦涩抽象的概念,需要花时间细细研读。
3.《Java核心技术:卷I基础知识》 适合对象:初级、中级
介绍:官方机构图书,备一本总是没错的。这本书比较全面也通俗易懂。可以当字典的功能来用,学习入门必备。
4.《Java数据结构和算法》 适合对象:初级、中级、高级
介绍:这本书目前基本断货,足以说明抢手程度。作者主要使用Java语言描述了我们常用的数据结构,值得一看。
5.《Java与模式》 适合对象:中级、高级
介绍:难得一见的国人写的Java好书。主要讲解设计原则以及最为常见的设计模式的实用教材。这本书出现的比较早,是初级到中高级必读的图书之一。
6.《SCJP学习指南》 适合对象:初级、中级
介绍:官方考试的必备图书,对检验自己的Java学习情况很有帮助。这本书特别适合学生阅读,这本书理解透了,找工作面试Java题目不会有任何问题。一些工作多年的工程师都会在里边遇到一些不会做的题目。
第二部分:中级进阶篇
1.《重构:改善既有代码的设计》 适合对象:中级、高级
介绍:清晰揭示了重构的过程,解释了重构的原理和最佳实践方式,并给出了何时以及何地应该开始挖掘代码以及改善。大师的杰作,让你明白软件是一步步改进的,不是一蹴而就的。
2.《XML入门经典》 适合对象:初级、中级、高级
介绍:很多人觉得没必要买XML书籍,不过我还是觉得推荐一本给你作为工具书,而且看本书可以使得你对XML方方面面有个了解。里面不少东西还是用到的。
3.《jQuery基础教程》 适合对象:初级、中级、高级
介绍:从这个开始学习jQuery才是根本,不然以后遇到的很多奇怪问题不知所以然。jQuery个人感觉已经成为目前的javascript标准库了,插件无数,大大简化了前端工作。
4.《JavaScript权威指南》 适合对象:初级、中级、高级
介绍:一本从全新视角和层次来介绍JavaScript的参考书,填补了市场的空白。是学习js的必备参考工具书之一。
5.《代码整洁之道》 适合对象:中级、高级
介绍:讲述了一系列行之有效的整洁代码操作实践。软件工程的理想编码是无数人编出来的代码像一个人写的,这本书当作规范就不错。
第三部分:高级篇
1.《Enterprise JavaBeans 3.0中文版》适合对象:中级,高级
介绍:EJB技术在大型系统中使用,主要有银行等金融机构。是开发分布式程序的选项之一,不过我不喜欢,其实银行使用的也不怎么的。结合JavaEE容器使用,开源的有JBoss,商用的有IBM和Oracle支持。
2.《Java并发编程实践》 适合对象:中级、高级
介绍:这本书名为《Java并发编程实践》有些抹杀了它的价值,其中并非只讲述了Java的多线程设施,对一般的并发编程的rationale也有相当透彻的阐述。市面上并发编程的书比较少,这一本推荐阅读。
3.《Hadoop权威指南》 适合对象:中级、高级
介绍:云计算必备图书。作为分布式计算的工具,Hadoop目前可以说是市场上唯一成熟的产品,而且大家也都向其看齐。而起云计算炙手可热,你搞明白这本书就大概明白了什么是云以及怎么做云。
4.《Java消息服务》 适合对象:中级、高级
介绍:深入浅出地讲解了JMS1.1规范的底层技术、Java类和接口、编程模型及其不同实现等Java消息服务(JMS)和消息传送机制关键技术。讲解简单明了,偏向于如何使用以及设计的一些原则。排版相当不错。
真正想提升自己,我感觉最主要的是先把 JVM、并发、网络这三块知识点学会、学通,这三块是基础,后面所有的框架、中间件等相关的都是基于这三块知识点之上的。学完这三块知识点,可以快速的掌握其它的知识,新框架等。
继续给大家分享,进阶高级或架构师必看的书籍。
1.HeadFirst 设计模式
如果对设计模式不了解,可以入手这本书,或图解设计模式。
我也买了本 《Java 与 模式》 600多页。看了两章就不看了,枯燥无味,看完就忘。我只是完整的看完过《HeadFirst设计模式》,看完其实印象也不深,只知道有这些设计模式,大概干什么的了解些。我真正理解设计模式还都是阅读源码的时候学习的。如果想真正的理解设计模式,还是多读一些源码吧。
2.spring 源码深度解析
这本书主要分析了 spring 加载配置文件,解析标签,生成Bean。IOC,AOP 源码讲解 ,整合JDBC,SpringMVC 源码分析等。
这本书看的有些枯燥,必须下载源码结合这书上一块分析,光看书效果不大,没有阅读源码的同学,谨慎入手。
3.重构 改善既有代码的设计
大家都推荐这本书,我这也推荐下吧,想让你的代码写的更好,逻辑更清晰,易读已扩展,就入手一本吧。其实这本书我都没整体的通读一遍。
4.Effective Java
这本书没得说,经典读物,必看。
5.大型网站技术架构
主要从大型网站架构的特点,架构目标(高性能,高可用,可伸缩等)基本理论讲起。看起来轻松愉快,抽时间准备再看一遍。强烈建议大家入手一本。
6.深入分析java web技术内幕
web开发进阶必看。当时我阅读tomcat源码的时候,就是从这本书的tomcat拿章开始的。
7.啊哈算法
这本书朋友给我推荐的,写到确实有意思,把算法写的简单易懂。
8.从Paxos到Zookeeper分布式一致性原理与实践
看这本书是我对分布式事务 两阶段提交(2pc)、三阶段提交(3pc)、有了更深的认识。CAP理论 BASE理论。对分布式一致性有了深刻的认识。看到zookeeper的时候有点蒙,表示看不懂。最近看完《架构探险:从零开始写分布式服务框架》后对zookeeper有了更深的认识。有时间在重读下Zookeeper相关的内容。
9.这就是搜索引擎
同事推荐的,看完这本书后对倒排索引有了更深刻的认识。自己也可以简单的实现一个很简单的搜索引擎。对爬虫相关的知识也介绍了下。基本都是理论级别的。
10.大型网站系统与Java中间件实践
11.颈椎病康复手册....
强烈推荐最后一本!!!
Java成神之路,你值得拥有!