《java并发编程的艺术》笔记

2019-08-16 11:00:40来源：博客园阅读 ()

《java并发编程的艺术》笔记

减少上下文切换方法：P3
1、无锁并发编程；
2、CAS算法；
3、使用最少线程；
4、使用协程；

避免死锁的常见方法：P6
1、避免一个线程同时获取多个锁；
2、避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证一个锁只占用一个资源；
3、尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来替代使用内部锁机制；
4、对于数据库锁，加锁和解锁必须在一个数据库连接里，否则会出现解锁失败的情况；

处理器实现原子操作方法：P17
1、第一个机制是通过总线锁保证原子性；
2、第二个机制是通过缓存锁定来保证原子性；

java实现原子操作：P18
1、使用循环CAS实现原子操作；
2、使用锁机制实现原子性；

线程之间的通信机制：共享内存和消息传递；P21

JMM：java内存模型；P22

重排序分类：P23
1、编译器优化的重排序；
2、指令集并行的重排序；
3、内存系统的重排序；

顺序一致性内存模型特性：P32
1、一个线程中的所有操作必须按照程序的顺序来执行；
2、（不管程序是否同步）所有线程都只能看到一个单一的操作执行顺序。在顺序一致性内存模型中，每个操作都必须原子执行且立刻对所有线程可见；

并发编程模型分类：P24
1、顺序一致性内存模型；
2、java内存模型；

volatile变量特性：P39
1、可见性；
2、原子性；volatile++不具有原子性；

java线程之间的通信方式：P54
1、A线程写volatile变量，随后B线程读取这个volatile变量；
2、A线程写volatile变量，随后B线程用CAS更新这个volatile变量；
3、A线程用CAS更新一个volatile变量，随后B线程用CAS更新这个volatile变量；
4、A线程用CAS更新一个volatile变量，随后B线程读取这个volatile变量；

java线程状态：P87
new、runnable、blocked、waitting、time_watting、terminated；

当一个java虚拟机中不存在非Daemom线程时，java虚拟机将会退出。java虚拟机退出时Daemom线程中的finally块并不一定会执行，在构建Daemom线程时，不能依靠finally块中的内容来确保关闭或清理资源的逻辑.P91

P92：许多声明抛出InterruptedException的方法（例如Thread.sleep(long millis)方法）这些方法在抛出InterruptedException之前，java虚拟机会先将该线程的中断标识位清除，然后抛出InterruptedException。

P95：suspend()方法在调用后，线程不会释放已经占有的资源（比如锁），而是占有者资源进入睡眠状态，容易引发死锁问题。stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源被正常释放，通常是没有给予线程完成资源释放工作的机会，因此会导致程序可能在不确定状态下。

安全的终止线程：P95
1、中断状态；interrupt();
2、用boolean变量控制；

等待/通知机制（P99）：指一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态，而另一个线程B调用了对象O的notify()或者notifyAll()方法，线程A收到通知后从对象的wait()方法返回，进而执行后续操作；

调用wait()、notify()、notifyAll()应注意：P100
1、调用wait()、notify()、notifyAll()需先对调用对象加锁；
2、调用wait()方法后，线程状态有running变为waitting，并将当前线程放到对象的等待队列中；
3、notify()或notifyAll()方法调用后，等待线程依旧不会从wait()返回，需要调用notify()或notifyAll()方法的线程释放锁后，等待线程才有机会从wait()返回；
4、notify()方法将等待队列中的一个等待线程从等待队列中移到同步队列中，而notifyAll()则是将等待队列中的所有等待线程从等待队列中移到同步队列，被移动的线程状态由waitting编程blocked；
5、从wait()方法返回的前提是获得了调用对象的锁。

管道输入/输出流：P102
1、主要用于线程之间的数据传输，传输的媒介为内存；
2、实现方式：PipedOutputStream、PipedInputStream、pipedReader、PipedWriter，前两种面向字节，后两种面向字符；

Thread.join()：P103
1、含义：当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回；
2、

线程池（P114）本质：使用了一个线程安全的工作队列连接工作者线程和客户端线程，客户端线程将任务放入工作队列后便返回，而工作者线程则不断地从工作队列上取出工作并执行。当工作队列为空时，所有的工作者线程均等待在工作队列上，当有客户端线程提交了一个任务之后会通知任意一个工作者线程，随着大量的任务被提交，更多的工作者线程会被唤醒。

Lock接口：P120
特性：P121
1、尝试非阻塞的获取锁；当前线程尝试获取锁，如果这一时刻锁没有被其他线程获取到，这成功获取并持有锁；
2、能被中断的获取锁；与synchronized不同，获取到锁的线程能够响应中断，当获取到锁的线程被中断时，中断异常会被抛出，同时锁会被释放。
3、超时获取锁；在指定的截止时间之前或许锁，如果截止时间到了仍旧无法获取锁，则返回。

队列同步器（AbstractQueuedSynchronizer）P121；

同步器提供的模板方法分类：P122
1、独占似获取和释放同步状态；
2、共享式获取和释放同步状态；
3、查询同步队列中的等待线程情况；

Java原子操作类：java.util.concurrent.atomic包（简称Atomic包）P182
1、原子更新类型：P182
1）原子更新基本类 P182；
a）AtomicBoolean：原子更新布尔类型；
b）AtomicInteger：原子更新整型；
c）AtomicLong：原子更新长整型；
2）原子更新数组 P184；
a）AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素；
b）AtomicLongArray：原子更新长整形数组里的元素；
c）AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素；
3）原子更新引用 P185；
a）AtomicReference：原子更新引用类型；
b）AtomicRefererceFieldUqdate：原子更新引用类型里的字段；
c）AtomicMarkableReference：原子更新带有标志位的引用类型；
4）原子更新属性P187；
a）AtomicIntegerFieldUqdat：原子更新整形的字段的更新器；
b）AtomicLongFieldUqdat：原子更新长整形的字段的更新器；
c）AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型；

读写锁：ReentrantReadWriteLock
1、读写锁维护了一对锁，包含一个读锁和一个写锁；P140
2、写锁是一个支持重入的排它锁；P143；
3、读锁是一个支持重进入的共享锁；P144
4、锁降级：指的是写锁降级成读锁，指把持住（当前拥有的）写锁，在获取到读锁，随后释放写锁(之前持有有的)的过程。P145

LockSupport ：P146
1、LockSupport定义了一组一park开头的方法用来阻塞线当前线程，以及unpark(Thread thread)方法来唤醒一个被阻塞的线程；

对象监视器方法：P147
wait()、wait(long timeout)、notify()、notifyAll()；

Condition：P148
1、Condition依赖于Lock对象；
2、在调用方法前先获取锁：lock.lock()；
3、Lock(同步器)拥有一个同步队列和多个等待队列；
4、Condition的实现是同步器的内部类，因此每个condition实例都能访问同步器提供的方法，相当于每个condition都拥有所属同步器的引用；

ConcurrentHashMap：P155 线程安全且高效的HashMap
1、并发情况下不使用HashMap原因P155：在多线程环境下，使用HashMap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，所以在并发情况下不能使用HashMap。HashMap在并发执行put操作时会引起死循环，是因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry的next节点永远不为空，就会产生死循环获取Entry；
2、HashTable P156：HashTable使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下；
3、ConcurrentHashMap P156：用锁分段技术提高效率；
1）ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成；
2）Segment：可重入锁；HashEntry：用于存储键值对数据；
ConcurrentLinkQueue：P161 线程安全队列
1、ConcurrentLinkQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列，采用先进先出的规则对节点进行排序，采用“wait-free”算法（即CAS算法）来实现，该算法在Michel&Scott算法上进行了一些修改；
2、入队列 P162：入队列就是将入队节点添加到队列的尾部。
入队列主要做两件事情：
1）将入队节点设置成当前队列尾节点的下一个节点；
2）更新tail节点，如果tail节点的next节点不为空，则将入队节点设置成tail节点，如果tail节点的next节点为空，则将入队节点设置成tail的next节点，所以tail节点不总是尾节点；
3、出队列 P165：从队列里返回一个节点元素，并清空该节点对元素的引用；
阻塞队列 P167
1、阻塞队列是一个支持两个附加操作的队列。两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法；
2、Java里的7个阻塞队列：P168
1）ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列；先进先出原则；
2）LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列；先进先出原则；
3）PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列；支持延时获取元素，
4）DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列；
5）SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列；
6 ) LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列；
7）LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列；
Fork/Join框架 P175：是java7提供的一个用于执行并行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
1、工作窃取算法 P176：指某个线程从其他队列里窃取任务来执行，通常使用双端队列，被窃取任务线程永远从双端队列的头部拿任务执行，窃取任务的线程永远从双端队列的尾部拿任务执行；
2、ForkJoinPool由PorkJoinTask数组和ForkJoinThread数组组成，ForkJoinTask数组负责将存放程序提交给ForkJoinPool的任务，而ForkJoinThread数组负责执行这些任务；P179
3、

Java中的并发工具类：
1、CountdownLatch P189：CountdownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作；
2、CyclicBarrier P191：字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier），它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的才会继续运行；
3、CountdownLatch和CyclicBarrier的区别 P195：CountdownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景；
4、Semaphore P196：Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源；
5、Exchanger 线程间交换数据工具 P198：Exchanger 是一个用于线程间协作的工具类，用于线程间的数据交换；
1）线程通过exchange方法交换数据，一个线程先执行exchange，它会一直等到第二个线程也执行exchange；
线程池：

Executor框架
1、任务。P209 包括Runnable接口或Callable接口；
2、任务的执行。包括任务执行机制的核心几口Executor，以及继承自Executor的ExecutorService接口。两个关键类实现了ExecutorService接口（ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor）；
3、异步计算的结果。包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类；

Executor框架成员：P211 ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor、Future接口、Runnable接口、Callable接口和Executors。
1、ThreadPoolExecutor：P211 ThreadPoolExecutor通常使用工厂类Executors来创建；
1）FixedThreadPool：使用线程数固定。适用于为了满足资源管理的需求，而需要限制当前线程数量的应用场景，适用于负载比较重的服务器。
public static Executorservice newFixedThreadPool(int nThreads);
public static Executorservice newFixedThreadPool(int nThreads,ThreadFactory threadFactory);
2）SingleThreadExecutor：使用单个线程。适用于要保证顺序的执行各个任务，并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的场景。
public static Executorservice newSingleThreadExecutor();
public static Executorservice newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory);
3）CacheThreadPool：根据需要创建新线程。CacheThreadPool是大小无界的线程池，适用于执行很多的短期异步任务的小程序，或者是附在比较轻的服务器。
public static Executorservice newCacheThreadPool();
public static Executorservice newCacheThreadPool(ThreadFactory threadFactory);
2、ScheduledThreadPoolExecutor：P211 ScheduledThreadPoolExecutor通常使用工厂类Executors来创建；
1）ScheduledThreadPoolExecutor：创建线程数固定。适用于需要多个后台执行周期任务，同时为了满足资源管理的需求而限制后台线程的数量的用用户场景。
public static ScheduledExecutorSevice newScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize);
public static ScheduledExecutorSevice newScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,ThreadFactory threadFactory);
2）SingleThreadScheduledExecutor：创建线程数固定。适用于需要单个后台线程执行周期任务，同时需要保证顺序的执行各个任务的应用和场景。
public static ScheduledExecutorSevice newSingleThreadScheduledExecutor();
public static ScheduledExecutorSevice newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory);
3、Future接口：P222 Future接口和实现Future接口的FutureTask类用来表示异步计算的结果。
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable<T> task,T result);
Future<T> submit(Runnable task);
4、Runnable接口和Callable接口：P222 Runnable接口和Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行。它们之间的区别是Runnable不会返回结果，而Callable可以返回结果。可以使用工厂类Executors来把一个Runnable接口包装成一个Callable。
public ststic Callable<Object> callable(Runnable task);
public ststic <T>　Callable<Ｔ> callable(Runnable task,T result);