【死磕Java併發】----- 死磕 Java 併發精品合集
【死磕 Java 併發】系列是 LZ 在 2017 年寫的第一個死磕系列，一直沒有作一個合集，這篇博客則是將整個系列作一個概覽。node
先來一個總覽圖：算法
【高清圖，請關注「Java技術驛站」公衆號，回覆：腦圖JUC】設計模式
synchronized 能夠保證方法或者代碼塊在運行時，同一時刻只有一個方法能夠進入到臨界區，同時它還能夠保證共享變量的內存可見性。深刻分析 synchronized 的內在實現機制，鎖優化、鎖升級過程。緩存
volatile 能夠保證線程可見性且提供了必定的有序性，可是沒法保證原子性。在 JVM 底層 volatile 是採用「內存屏障」來實現的。這篇博文將帶你分析 volatile 的本質數據結構
happens-before 原則是判斷數據是否存在競爭、線程是否安全的主要依據，保證了多線程環境下的可見性。併發
定義以下：app
- 若是一個操做happens-before另外一個操做，那麼第一個操做的執行結果將對第二個操做可見，並且第一個操做的執行順序排在第二個操做以前。
- 兩個操做之間存在happens-before關係，並不意味着必定要按照happens-before原則制定的順序來執行。若是重排序以後的執行結果與按照happens-before關係來執行的結果一致，那麼這種重排序並不非法。
在執行程序時，爲了提供性能，處理器和編譯器經常會對指令進行重排序，可是不能隨意重排序，不是你想怎麼排序就怎麼排序，它須要知足如下兩個條件：
- 在單線程環境下不能改變程序運行的結果；
- 存在數據依賴關係的不容許重排序
as-if-serial 語義保證在單線程環境下重排序後的執行結果不會改變。
volatile的內存語義是：
- 當寫一個 volatile 變量時，JMM 會把該線程對應的本地內存中的共享變量值當即刷新到主內存中。
- 當讀一個 volatile 變量時，JMM 會把該線程對應的本地內存設置爲無效，直接從主內存中讀取共享變量
老是說 volatile 保證可見性，happens-before 是 JMM 實現可見性的基礎理論，二者會碰撞怎樣的火花？這篇博文給你答案。
DCL，即Double Check Lock，雙重檢查鎖定。是實現單例模式比較好的方式，這篇博客告訴你 DCL 中爲什麼要加 volatile 這個關鍵字。
AQS，AbstractQueuedSynchronizer，即隊列同步器。它是構建鎖或者其餘同步組件的基礎框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等），爲 JUC 併發包中的核心基礎組件。
前線程已經等待狀態等信息構形成一個節點（Node）並將其加入到CLH同步隊列，同時會阻塞當前線程，當同步狀態釋放時，會把首節點喚醒（公平鎖），使其再次嘗試獲取同步狀態。
AQS的設計模式採用的模板方法模式，子類經過繼承的方式，實現它的抽象方法來管理同步狀態，對於子類而言它並無太多的活要作，AQS提供了大量的模板方法來實現同步，主要是分爲三類：獨佔式獲取和釋放同步狀態、共享式獲取和釋放同步狀態、查詢同步隊列中的等待線程狀況。
當須要阻塞或者喚醒一個線程的時候，AQS 都是使用 LockSupport 這個工具類來完成。
LockSupport是用來建立鎖和其餘同步類的基本線程阻塞原語。
一個可重入的互斥鎖定 Lock，它具備與使用 synchronized 方法和語句所訪問的隱式監視器鎖定相同的一些基本行爲和語義，但功能更強大。ReentrantLock 將由最近成功得到鎖定，而且尚未釋放該鎖定的線程所擁有。當鎖定沒有被另外一個線程所擁有時，調用 lock 的線程將成功獲取該鎖定並返回。若是當前線程已經擁有該鎖定，此方法將當即返回。可使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法來檢查此狀況是否發生。
這篇博客帶你理解 重入鎖：ReentrantLock 內在本質。
讀寫鎖維護着一對鎖，一個讀鎖和一個寫鎖。經過分離讀鎖和寫鎖，使得併發性比通常的排他鎖有了較大的提高：在同一時間能夠容許多個讀線程同時訪問，可是在寫線程訪問時，全部讀線程和寫線程都會被阻塞。
讀寫鎖的主要特性：
- 公平性：支持公平性和非公平性。
- 重入性：支持重入。讀寫鎖最多支持65535個遞歸寫入鎖和65535個遞歸讀取鎖。
- 鎖降級：遵循獲取寫鎖、獲取讀鎖在釋放寫鎖的次序，寫鎖可以降級成爲讀鎖
在沒有Lock以前，咱們使用synchronized來控制同步，配合Object的wait()、notify()系列方法能夠實現等待/通知模式。在Java SE5後，Java提供了Lock接口，相對於Synchronized而言，Lock提供了條件Condition，對線程的等待、喚醒操做更加詳細和靈活
CAS，Compare And Swap，即比較並交換。Doug lea大神在同步組件中大量使用 CAS 技術鬼斧神工地實現了Java 多線程的併發操做。整個 AQS 同步組件、Atomic 原子類操做等等都是以 CAS 實現的。能夠說CAS是整個JUC的基石。
CyclicBarrier，一個同步輔助類。它容許一組線程互相等待，直到到達某個公共屏障點 (common barrier point)。在涉及一組固定大小的線程的程序中，這些線程必須不時地互相等待，此時 CyclicBarrier 頗有用。由於該 barrier 在釋放等待線程後能夠重用，因此稱它爲循環 的 barrier。
CountDownLatch 所描述的是」在完成一組正在其餘線程中執行的操做以前，它容許一個或多個線程一直等待「。
用給定的計數 初始化 CountDownLatch。因爲調用了 countDown() 方法，因此在當前計數到達零以前，await 方法會一直受阻塞。以後，會釋放全部等待的線程，await 的全部後續調用都將當即返回。
Semaphore，信號量，是一個控制訪問多個共享資源的計數器。從概念上講，信號量維護了一個許可集。若有必要，在許可可用前會阻塞每個 acquire()，而後再獲取該許可。每一個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。可是，不使用實際的許可對象，Semaphore 只對可用許可的號碼進行計數，並採起相應的行動。
能夠在對中對元素進行配對和交換的線程的同步點。每一個線程將條目上的某個方法呈現給 exchange 方法，與夥伴線程進行匹配，而且在返回時接收其夥伴的對象。Exchanger 可能被視爲 SynchronousQueue 的雙向形式。Exchanger 可能在應用程序（好比遺傳算法和管道設計）中頗有用。
ConcurrentHashMap 做爲 Concurrent 一族，其有着高效地併發操做。在1.8 版本之前，ConcurrentHashMap 採用分段鎖的概念，使鎖更加細化，可是 1.8 已經改變了這種思路，而是利用 CAS + Synchronized 來保證併發更新的安全，固然底層採用數組+鏈表+紅黑樹的存儲結構。這篇博客帶你完全理解 ConcurrentHashMap。
在 1.8 ConcurrentHashMap 的put操做中，若是發現鏈表結構中的元素超過了TREEIFY_THRESHOLD（默認爲8），則會把鏈表轉換爲紅黑樹，已便於提升查詢效率。那麼具體的轉換過程是怎麼樣的？這篇博客給你答案。
ConcurrentLinkedQueue是一個基於連接節點的無邊界的線程安全隊列，它採用FIFO原則對元素進行排序。採用「wait-free」算法（即CAS算法）來實現的。
CoucurrentLinkedQueue規定了以下幾個不變性：
- 在入隊的最後一個元素的next爲null
- 隊列中全部未刪除的節點的item都不能爲null且都能從head節點遍歷到
- 對於要刪除的節點，不是直接將其設置爲null，而是先將其item域設置爲null（迭代器會跳過item爲null的節點）
- 容許head和tail更新滯後。這是什麼意思呢？意思就說是head、tail不老是指向第一個元素和最後一個元素（後面闡述）。
咱們在Java世界裏看到了兩種實現key-value的數據結構：Hash、TreeMap，這兩種數據結構各自都有着優缺點。
- Hash表：插入、查找最快，爲O(1)；如使用鏈表實現則可實現無鎖；數據有序化須要顯式的排序操做。
- 紅黑樹：插入、查找爲O(logn)，但常數項較小；無鎖實現的複雜性很高，通常須要加鎖；數據自然有序。
這裏介紹第三種實現 key-value 的數據結構：SkipList。SkipList 有着不低於紅黑樹的效率，可是其原理和實現的複雜度要比紅黑樹簡單多了。
ConcurrentSkipListMap 其內部採用 SkipLis 數據結構實現。
ArrayBlockingQueue，一個由數組實現的有界阻塞隊列。該隊列採用FIFO的原則對元素進行排序添加的。
ArrayBlockingQueue 爲有界且固定，其大小在構造時由構造函數來決定，確認以後就不能再改變了。ArrayBlockingQueue 支持對等待的生產者線程和使用者線程進行排序的可選公平策略，可是在默認狀況下不保證線程公平的訪問，在構造時能夠選擇公平策略（fair = true）。公平性一般會下降吞吐量，可是減小了可變性和避免了「不平衡性」。
PriorityBlockingQueue是一個支持優先級的無界阻塞隊列。默認狀況下元素採用天然順序升序排序，固然咱們也能夠經過構造函數來指定Comparator來對元素進行排序。須要注意的是PriorityBlockingQueue不能保證同優先級元素的順序。
DelayQueue是一個支持延時獲取元素的無界阻塞隊列。裏面的元素所有都是「可延期」的元素，列頭的元素是最早「到期」的元素，若是隊列裏面沒有元素到期，是不能從列頭獲取元素的，哪怕有元素也不行。也就是說只有在延遲期到時纔可以從隊列中取元素。
DelayQueue主要用於兩個方面：
- 緩存：清掉緩存中超時的緩存數據
- 任務超時處理
SynchronousQueue與其餘BlockingQueue有着不一樣特性：
- SynchronousQueue沒有容量。與其餘BlockingQueue不一樣，SynchronousQueue是一個不存儲元素的BlockingQueue。每個put操做必需要等待一個take操做，不然不能繼續添加元素，反之亦然。
- 由於沒有容量，因此對應 peek, contains, clear, isEmpty ... 等方法實際上是無效的。例如clear是不執行任何操做的，contains始終返回false,peek始終返回null。
- SynchronousQueue分爲公平和非公平，默認狀況下采用非公平性訪問策略，固然也能夠經過構造函數來設置爲公平性訪問策略（爲true便可）。
- 若使用 TransferQueue, 則隊列中永遠會存在一個 dummy node（這點後面詳細闡述）。
SynchronousQueue很是適合作交換工做，生產者的線程和消費者的線程同步以傳遞某些信息、事件或者任務。
LinkedTransferQueue 是基於鏈表的 FIFO 無界阻塞隊列，它出如今 JDK7 中。Doug Lea 大神說 LinkedTransferQueue 是一個聰明的隊列。它是 ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue (公平模式下)、無界的LinkedBlockingQueues 等的超集。
LinkedBlockingDeque 是一個由鏈表組成的雙向阻塞隊列，雙向隊列就意味着能夠從對頭、對尾兩端插入和移除元素，一樣意味着 LinkedBlockingDeque 支持 FIFO、FILO 兩種操做方式。
LinkedBlockingDeque 是可選容量的，在初始化時能夠設置容量防止其過分膨脹，若是不設置，默認容量大小爲 Integer.MAX_VALUE。
ThreadLocal 提供了線程局部 (thread-local) 變量。這些變量不一樣於它們的普通對應物，由於訪問某個變量（經過其get 或 set 方法）的每一個線程都有本身的局部變量，它獨立於變量的初始化副本。ThreadLocal實例一般是類中的 private static 字段，它們但願將狀態與某一個線程（例如，用戶 ID 或事務 ID）相關聯。
因此ThreadLocal與線程同步機制不一樣，線程同步機制是多個線程共享同一個變量，而ThreadLocal是爲每個線程建立一個單獨的變量副本，故而每一個線程均可以獨立地改變本身所擁有的變量副本，而不會影響其餘線程所對應的副本。能夠說ThreadLocal爲多線程環境下變量問題提供了另一種解決思路。
鼎鼎大名的線程池。不須要多說!!!!!
這篇博客深刻分析 Java 中線程池的實現。
ScheduledThreadPoolExecutor 是實現線程的週期、延遲調度的。
ScheduledThreadPoolExecutor，繼承 ThreadPoolExecutor 且實現了 ScheduledExecutorService 接口，它就至關於提供了「延遲」和「週期執行」功能的 ThreadPoolExecutor。在JDK API中是這樣定義它的：ThreadPoolExecutor，它可另行安排在給定的延遲後運行命令，或者按期執行命令。須要多個輔助線程時，或者要求 ThreadPoolExecutor 具備額外的靈活性或功能時，此類要優於 Timer。 一旦啓用已延遲的任務就執行它，可是有關什麼時候啓用，啓用後什麼時候執行則沒有任何實時保證。按照提交的先進先出 (FIFO) 順序來啓用那些被安排在同一執行時間的任務。
- 1. 死磕Java併發(四)Happens-Before 規則
- 2. 死磕併發：Java內存模型
- 3. 【死磕Java併發】-----深刻分析ThreadLocal
- 4. 【死磕Java併發】-----J.U.C之AQS：AQS簡介
- 5. 【死磕Java併發】----深刻分析CAS
- 6. 死磕Java併發：J.U.C之AQS簡介
- 7. 死磕Java併發：J.U.C之Java併發容器：ConcurrentLinkedQueue
- 8. 死磕Java——CAS
- 9. 死磕Java——ReentrantLock
- 10. 死磕Java併發：J.U.C之併發工具類：CyclicBarrier
- 更多相關文章...
- • Rust 併發編程 - RUST 教程
- • PHP NULL 合併運算符 - PHP 7 新特性
- • 算法總結-歸併排序
- • PHP開發工具
-
每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。