java併發複習筆記總結

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一、volatile：輕量級的synchronized，不會引發線程上下問切換

爲了提升速度，處理器不直接和內存進行通訊，而是先將系統內存的數據讀到內部緩存後再操做。聲明瞭volatile，jvm向處理器大宋Lock前綴指令，將變量在緩存行的數據寫到系統內存，每一個處理器經過總線傳播的數據檢查本身緩存的值是否過時。

二、volatile實現原則：

(1) Lock前綴指令會引發處理器緩存回寫到內存。

(2) 一個處理器的緩存回寫到內存會致使其餘處理器的緩存失效。

三、鎖的狀態，級別從低到高爲：無鎖狀態，偏向鎖狀態，輕量級鎖狀態，重量級鎖狀態

      鎖能夠升級但不能降級

      偏向鎖：只有一個線程進入臨界區

      輕量級鎖：多個線程交替進入臨界區     CAS

      重量級鎖：多個線程同時進入臨界區

四、處理器實現原子操做：(1) 總線鎖    (2) 緩存鎖定

五、Java實現原子操做：(1) 鎖      (2) 循環CAS

六、volatile：寫happens-before 讀

寫一個volatile變量時，JMM (Java內存模型) 會把該線程對應的本地內存中的共享變量刷新到主內存中。

讀一個volatile變量時，JMM會把本地內存置無效，從內存讀取共享變量。

七、CAS：先操做比較與預期的值是否同樣，同樣就設置，不同就繼續循環(CompareAndSet)

      CAS同時具備volatile讀與寫到內存語義

八、happens-before 先行規則

(1) 程序順序規則：一個線程的每一個操做happens-before於該線程中的任意後序操做

(2) 監視器鎖規則：對一個鎖的解鎖happens-before於任意後序對這個鎖的加鎖

(3) volatole變量規則：對一個volatile域的寫happens-brfore於讀

(4) 傳遞性：A happens-before B，B happens-before C => A happens-before C

(5) start()規則：若是A執行 ThreadB.start()，那麼 A線程的ThreadB.start()  happens-before B的任意操做

(6) join()規則：若是A執行ThreadB.join()併成功返回，那麼B中任意操做happens-before 於A從 ThreadB,join()操做成功返回

九、上下文切換：任務從保存到加載的過程

減小上下文切換有無鎖併發編程，CAS算法，使用最少線程和使用協程

十、Java內存模型

線程之間的共享變量存儲在主內存中，每一個內存都有一個私有的本地內存，本地內存存儲了該線程讀寫共享變量的副本，本地內存只是一抽象，並不真實存在。

十一、final 內存語義

(1) 在構造函數內對final 域的寫入，與隨後把這個被構造對象的引用賦值給一個引用變量，不能重排序。

(2) 初次讀一個包含final域對象的引用，與隨後初次讀這個fianl域，不能重排序。

 十二、as-if-serial 語義保證單線程內程序的執行結果不被改變

        happens-before 保證正確同步的多線程程序執行結果不被改變

1三、HashMap 

jdk1.7多線程put會死循環，由於Entry鏈表造成環數據結構，Entry的next永遠不爲空

沒使用Synchronized，可接受 null 的 key 和 value

&   默認容量爲16，擴容2倍     自定義的hash

HashTable 

使用 Synchronized，key 和value 都不能 null

%   默認容量爲11，擴容兩倍+1     hashcode

ConcurrentHashMap

段分鎖，提升併發訪問效率

segment->可重入鎖，2^n長度  包含HashEntry的鏈表結構

1四、ConcurrentHashMap

(1) 由 Segment 和 HashEntry 構成   ， Segment長度爲2的n次方，jdk1.7 Segment會鎖住多個HashEntry

(2) get：先通過一次再散列，根據值使用散列運算定位到Segment，再經過散列算法定位到元素。get裏面的共享變量都定義爲volatile類型，因此不用加鎖

(3)定位HashEntry 和定位Segment 都是與數組長度-1 相與，可是相與的"值"不同。Segment使用的是元素的hashcode 經過再散列後的值的高位，定位HashEntry 直接使用再散列後的值。目的：避免兩次值同樣

(4) put 必須加鎖，定位到Segment ，判斷是否HashEntry 要擴容，而後再添加

(5) 第一次put時才初始化

1五、ConcurrentHashMap

jdk1.8改進：(1)取消Segment字段，使用volatile HashEntry<K,V>[] 數組元素做爲鎖         (2) 改成table數組 + 單向鏈表 + 紅黑樹，節點超過8會用紅黑樹

jdk1.7

put：(1) A tryLock 成功得到鎖，把hashEntry插入

(2)獲取鎖失敗，執行scanAndLockForPut方法，重複執行tryLock，多處理器重複64，單處理器重複1次，超過期，掛起線程

size：(1)不加鎖，計算兩次，相同說明準確。不同，給每一個Segment加鎖，再計算

modCount    put，remove，clean時會加1

jdk1.8

size：元素個數保存在baseCount，部分元素的變化個數保存在CounterCell數組中，累加

 a、新增節點後，鏈表的元素個數達到8，就轉換成紅黑樹，不過轉換以前，若是數組長度小於閥值，默認爲64 (數組長度大於64，纔會考慮轉換紅黑樹)，則會擴大兩倍，並觸發transfer

b、元素個數0.75倍數組，擴容 (hashMap也同樣)

1六、ReentrantLock 可重入鎖，分爲公平鎖和非公平鎖

a、公平鎖：隊列順序，等待久的先

      非公平鎖：能夠搶佔   CAS

b、公平鎖和非公平鎖，釋放最後都要寫一個volatile變量

      公平鎖，獲取時會先讀volatile變量。非公平鎖獲取時，會用CAS更新volatile變量

c、非公平鎖用CAS。  公平鎖加個判讀去年當前節點是否有前驅節點 hasQueuedPredecessors()方法

d、非公平鎖可能形成線程"飢餓"，可是極少的線程切換，保證吞吐量，吞吐量更大。

1七、ReetrantReadWriteLock讀寫鎖

高16位讀，低16位寫  AQS           可重入

鎖降級：把持當前擁有的寫鎖，再獲取讀鎖，稍後釋放鎖。目的：保證數據的可見性

1八、隊列同步器 AQS (AbstractQueuedSynchronizer)  構建鎖和或其餘同步組件的基礎架構   ReetrantLock,Condition,ReetrantReadWriteLock等

同步器提供  getState()，setState( .... )，conpareAndSetState( .... )

重寫AQS時，可使用CAS等

實現：a、同步隊列  雙向鏈表  ，CAS設置尾節點

   b、獨佔式同步狀態獲取與釋放   CAS入隊enq(node)，出隊時，每一個node都在自旋

   c、共享式 <-- 釋放同步線程CAS

內部使用volatile修飾 int state 表示同步狀態

共享式同步狀態：tryAcquireShared(arg) >= 0時，能得到同步狀態

獲取同步狀態失敗進入同步隊列(addWaiter)，先CAS設置，失敗進入enq方法。出隊列不須要CAS

1九、ConcurrentLinkedQueue   不要用size()，會遍歷所有

(1)非阻塞，入隊永遠返回true，用CAS

不是每次節點入隊後都將tail節點更新爲尾節點，而是當tail與尾節點距離>=HOPS常量時才更新，提升入隊效率

出隊僅沒有元素時纔會更新head節點，減小CAS

(2)阻塞隊列

插入：隊列滿時阻塞       移除：隊列空時阻塞

使用通知模式  condition   消費者消費通知生產者

阻塞生產者經過LockSupport.park實現

20、Condition接口    是AQS的內部類

condition定義了await()和signal()，signalAll() 方法

獲取一個condition要經過Lock的newCondition。 

一個condition包含一個等待隊列，增長節點沒有CAS保證，由await()鎖保證線程安全

(1) await()時會使當前線程從同步隊列首節點構形成一個新節點，加入等待隊列中。

(2) 調用condition的signal() 方法時，將等待隊列中首節點加到同步隊列中

2一、LockSupport 每一個線程都有一個Park實例， unPark能夠先於Park出現

基於Unsafe實現的

使用Park使線程掛起，釋放(1) 其餘線程調用unPark，(2) 線程中斷，(3) park方法當即返回

2二、Fork/Join框架：分割任務，執行併合並結果。    工做竊取算法

2三、CycleBarrier 全部線程彼此等待    CountDownLatch：只要報到

容許一個或多個線程等待其餘線程完成操做

CountDownLatch的計數器只使用一次

CycleBarrier能夠reset()，跟join差很少(AQS,ReetrantLock)

等多有線程都運行到下一個步驟前等待

2四、控制併發線程數的Semaphore (信號量) AQS

用來控制同時訪問特定資源的線程數量

2五、Synchronize和Lock的區別

(1) Lock的鎖是Java寫的控制鎖的代碼。  Synchronize是託管給jvm的，Java關鍵字

(2) Synchronize在異常時，jvm會釋放鎖。  Lock不會主動釋放鎖，要手工釋放。

(3) Synchronize 悲觀的排他鎖。    Lock有讀寫鎖，公平鎖，非公平鎖

2六、線程池 ThreadPoolExecutor

好處：(1) 下降資源消耗  (2) 提升響應速度  (3) 提升線程可管理性

流程：a、判斷核心線程池線程是否執行任務。  建立線程須要獲取全局鎖

    b、是的話，判斷工做隊列是否已滿。   目的：儘量避免獲取全局鎖

    c、是的話，判斷線程池的線程是否都處於工做狀態

    c滿了就調用飽和策略。默認拋出異常

提交任務：execute()  不返回值     submit() 返回future類型的對象

關閉池：shutdownNow  中止全部     shutdown 中斷沒有執行任務的線程

線程池最大容量   AtomicInteger類型，capacity前三位爲標誌位，因此最大爲(2^29) - 1

狀態分別爲：RUNNING，SHUTDOWN，STOP，TIDYING，TERMINATED

參數：corePoolSize 核心線程數     maximumPoolSize 最大線程數    keepAliveTime 最大存活時間    rejectExecutionHandler 任務拒絕處理策略

2七、Executoe框架

應用框架經過Executor框架控制上層調度，而下層調度由操做系統內核控制

使用流程：主線程先建立Runnable或Callable接口，而後交給ExecutorService執行，返回Future接口對象

2八、ThreadLocal

一個線程能夠根據ThreadLocal查詢到綁定在這個線程的一個值，可用於數據庫鏈接

提供get和set訪問與當前相關的局部變量。變量是保存在線程中的threadLocals (threadLocalMap類型的)

ThradLocalMap.Entry弱引用，隨時可能被回收

get先獲得當前線程的ThreadLocalMap，再根據 ××.Entry = get(this) 獲得值

2九、Synchroinzed：jvm基於進入與退出使用monitorenter和monitorexit指令實現，偏向鎖，輕量級鎖

30、atomic×××

value成員都是volatile   CAS

基本方法：get/set，compareAndSet  (unsafe.compareAnsSwapInt(....) )

CAS：調用UnSafe的方法，不是用Java實現，而是JNI調用操做系統原生程序

3一、CopyOnWriteArrayList  佔用內存

當咱們往一個容器添加元素時，不直接往當前容器添加，而是先copy複製一個新的容器，添加完後，再將原容器指向新的。

併發讀不用加鎖。添加時要加鎖，不然多線程會copy出多個副本。

若是在最後添加元素，則用Array.copyOf()。若是在中間插入，則用System.arraycopy分兩段複製。

應用讀多寫少併發場景，如白名單，黑名單

 

參考書籍：Java併發編程的藝術(推薦)，juc包源碼

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以上爲maplefighting我的筆記整理，若有出錯，歡迎指正