編程體系結構(05)：Java多線程併發

本文源碼：GitHub·點這裏 || GitEE·點這裏

1、多線程導圖

2、多線程基礎

一、基礎概念

線程是操做系統可以進行運算調度的最小單位，包含在進程之中，是進程中的實際運做單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中能夠併發多個線程，每條線程並行執行不一樣的任務。

二、建立方式

繼承Thread類、實現Runnable接口、基於Callable和Future接口、Timer是後臺線程、線程池。

三、線程狀態

狀態描述：初始狀態、運行狀態、阻塞狀態、等待狀態、超時等待狀態、終止狀態。

四、執行機制

JVM中一個應用是能夠有多個線程並行執行，線程被一對一映射爲服務所在操做系統線程，調度在可用的CPU上執行，啓動時會建立一個操做系統線程；當該線程終止時，這個操做系統線程也會被回收。

五、內存模型

在虛擬機啓動運行時，會建立多個線程，數據區中有的模塊是線程共享的，有的是線程私有的：

線程共享：元數據區、堆Heap；

線程私有：虛擬機棧、本地方法棧、程序計數器；

單個CPU在特定時刻只能執行一個線程，因此多線程經過幾塊空間的使用，而後不斷的爭搶CPU的執行時間段。

3、常見概念

一、線程優先級

線程調度器傾向執行線程優先級高的線程，線程優先級高說明獲取CPU資源的機率高，或者獲取的執行時間分片多，被執行的機率高但不表明優先級低的必定最後執行。

二、守護線程

守護線程是支持輔助型線程，主要在程序中起到調度和支持性做用，當Jvm中非守護線程所有結束，守護線程也就會結束。

三、線程加入

線程A中，執行線程B的加入方法，那麼A線程就會等待線程B執行完畢再返回繼續執行。

四、本地線程

ThreadLocal也叫作線程本地變量，爲變量在每一個線程中的建立副本，每一個線程能夠訪問本身內部的副本變量，線程之間互不相互影響。

4、線程安全

在上圖線程與內存空間的佔用方式看，在線程訪問共享內存塊時，保證線程安全就頗有必要。

一、同步控制

Synchronized關鍵字同步控制，能夠修飾方法，修飾代碼塊，修飾靜態方法等，同步控制的資源少，能夠提升多線程效率。

二、加鎖機制

Lock接口：Java併發編程中資源加鎖的根接口之一，規定了資源鎖使用的幾個基礎方法。

ReentrantLock類：實現Lock接口的可重入鎖，即線程若是得到當前實例的鎖，並進入任務方法，在線程沒有釋放鎖的狀態下，能夠再次進入任務方法，特色：互斥排它性，即同一個時刻只有一個線程進入任務。

Condition接口：描述可能會與鎖有關聯的條件變量，提供了更強大的功能，例如在線程的等待/通知機制上，Conditon能夠實現多路通知和選擇性通知。

三、Volatile關鍵字

volatile修飾成員變量，不能修飾方法，即標識該線程在訪問這個變量時須要從共享內存中獲取，對該變量的修改，也須要同步刷新到共享內存中，保證了變量對全部線程的可見性。

5、線程通訊

線程是個獨立的個體，可是在線程執行過程當中，若是處理同一個業務邏輯，可能會產生資源爭搶，致使併發問題，甚至死鎖現象，線程之間協調工做，就須要通訊機制來保障。

一、基礎方法

相關方法是Java中Object層級的基礎方法，任何對象都有該方法：notify()隨機通知一個在該對象上等待的線程，使其結束wait狀態返回；wait()線程進入waiting等待狀態，不會爭搶鎖對象，也能夠設置等待時間；

二、等待/通知機制

等待/通知機制，該模式下指線程A在不知足任務執行的狀況下調用對象wait()方法進入等待狀態，線程B修改了線程A的執行條件，並調用對象notify()或者notifyAll()方法，線程A收到通知後從wait狀態返回，進而執行後續操做。兩個線程經過基於對象提供的wait()/notify()/notifyAll()等方法完成等待和通知間交互，提升程序的可伸縮性。

三、管道流通訊

管道流主要用於在不一樣線程間直接傳送數據，一個線程發送數據到輸出管道，另外一個線程從輸入管道中讀取數據，進而實現不一樣線程間的通訊。

6、線程池

一、Executor接口

Executor系統中，將線程任務提交和任務執行進行了解耦的設計，Executor有各類功能強大的實現類，提供便捷方式來提交任務而且獲取任務執行結果，封裝了任務執行的過程，再也不須要Thread().start()方式，顯式建立線程並關聯執行任務。

二、核心參數

三、相關API類

線程池任務：核心接口：Runnable、Callable接口和接口實現類；

任務的結果：接口Future和實現類FutureTask；

任務的執行：核心接口Executor和ExecutorService接口。在Executor框架中有兩個核心類實現了ExecutorService接口，ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor。

7、經常使用線程API

一、Fork/Join機制

Fork/Join框架用於並行執行任務，核心的思想就是將一個大任務切分紅多個小任務，而後彙總每一個小任務的執行結果獲得這個大任務的最終結果。核心流程：切分任務，模塊任務異步執行，單任務結果合併。

二、容器類

ConcurrentHashMap：使用分段鎖機制，把容器中數據分紅一段一段的方式存儲，而後給每一段數據配一把鎖，當一個線程佔用鎖訪問其中一個段數據的時候，其餘段的數據也能被其餘線程訪問，即考慮安全性也顧及執行效率。

ConcurrentLinkedQueue：基於連接節點的無界線程安全隊列，按照FIFO先進先出原則對元素進行排序，隊列的頭部 是隊列中時間最長的元素，隊列的尾部是隊列中時間最短的元素，新的元素添加到隊列的尾部，獲取元素操做從隊列頭部獲得。

三、原子類

JDK自帶原子操做類，處理多個線程同時操做一個變量的狀況，其中包括：基本類型、數組類型、引用類型、屬性修改類型。

8、應用場景

一、定時任務

經過配置設置一些程序在指定時間點，或者週期時間內規律循環執行，這裏任務的執行就是基於多線程技術。

二、異步處理

異步處理就是不按照當前同步代碼塊程序執行，異步處理與同步處理是對立的，異步的實現也須要多線程或者多進程，提升程序效率。

三、任務分解

分佈式數據庫中常見操做，數據分佈在不一樣的數據庫的副本中，在執行查詢時，每一個服務都要跑查詢任務，最後在一個服務上作數據合併，或者提供一箇中間引擎層，用來彙總數據，在大型的定時任務中，常常把要處理的任務按照特定策略分片，多個線程同時處理。

四、鏈接池技術

建立和管理一個鏈接的緩衝池的技術，這些鏈接準備好被任何須要它們的線程使用，減小鏈接不斷建立和釋放的問題，提升程序效率。

9、源代碼地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile

推薦閱讀：編程體系整理

序號	項目名稱	GitHub地址	GitEE地址	推薦指數
01	Java描述設計模式,算法,數據結構	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆☆
02	Java基礎、併發、面向對象、Web開發	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆
03	SpringCloud微服務基礎組件案例詳解	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆
04	SpringCloud微服務架構實戰綜合案例	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆☆
05	SpringBoot框架基礎應用入門到進階	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆
06	SpringBoot框架整合開發經常使用中間件	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆☆
07	數據管理、分佈式、架構設計基礎案例	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆☆
08	大數據系列、存儲、組件、計算等框架	GitHub·點這裏	GitEE·點這裏	☆☆☆☆☆