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java并发编程实战王宝令



本篇文章主要向大家介绍一下Java并发编程中有关JUC核心类,线程池,线程安全的集合以及死锁的相关概念和解析。

JUC核心类

JUC即java.util.concurrent是Java的一个包,下面有非常多的并发编程相关的类。

ReentrantLock

概念:可重入互斥锁. 和 synchronized 定位类似, 都是用来实现互斥效果, 保证线程安全.

ReentrantLock 的用法 :

ReentrantLock 和 synchronized 的区别 :

如何选择使用哪个锁?

原子类

原子类内部用的是 CAS 实现,所以性能要比加锁实现 i++ 高很多。原子类有以下几个

线程池

虽然创建销毁线程比创建销毁进程更轻量 , 但是在频繁创建销毁线程的时候还是会比较低效 .

线程池就是为了解决这个问题 . 如果某个线程不再使用了 , 并不是真正把线程释放 , 而是放到一个 " 池子 "中, 下次如果需要用到线程就直接从池子中取 , 不必通过系统来创建了 .

ExecutorService 和 Executors

Executors 创建线程池的几种方式 :

Executors 本质上是 ThreadPoolExecutor 类的封装.

线程池的工作流程
信号量Semaphone

信号量, 用来表示 "可用资源的个数". 本质上就是一个计数器.

Semaphore 的 PV 操作中的加减计数器操作都是原子的 , 可以在多线程环境下直接使用 .

代码实例:

线程安全的集合类

java所提供的集合类大部分都不是线程安全的,但也有天生线程安全的集合类,比如:Vector,Stack,HashTable。

我们可以灵活的使用synchronized或者ReentrantLock来给集合类实现加锁,以此来达成线程安全的目的。

多线程环境下使用ArrayList

1.自己使用同步机制 (synchronized 或者 ReentrantLock) 。

2. Collections.synchronizedList(new ArrayList)。

synchronizedList 是标准库提供的一个基于 synchronized 进行线程同步的 List. synchronizedList 的关键操作上都带有 synchronized

3. 使用 CopyOnWriteArrayList。

CopyOnWrite 容器即写时复制的容器。 当我们往一个容器添加元素的时候,不直接往当前容器添加,而是先将当前容器进行 Copy , 复制出一个新的容器,然后新的容器里添加元素, 添加完元素之后,再将原容器的引用指向新的容器。 这样做的好处是我们可以对 CopyOnWrite 容器进行并发的读,而不需要加锁,因为当前容器不会添加任何元素。 所以 CopyOnWrite 容器也是一种读写分离的思想,读和写不同的容器。 优点 : 在读多写少的场景下 , 性能很高 , 不需要加锁竞争 . 缺点 : 1. 占用内存较多 . 2. 新写的数据不能被第一时间读取到 .

多线程环境下使用队列
多线程环境下使用哈希表

HashMap 本身不是线程安全的。在多线程环境下使用哈希表可以使用:Hashtable 或者ConcurrentHashMap。

hashtable

只是简单的把关键方法加上了 synchronized 关键字。 这相当于直接针对 Hashtable 对象本身加锁:

ConcurentHashMap

相比于 Hashtable 做出了一系列的改进和优化 . 以 Java1.8 为例:

死锁

死锁是什么?

当多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,程序不可能正常终止的这种现象被称为死锁。

针对死锁的形成,最著名的就是“哲学家就餐问题”: 有个桌子, 围着一圈 哲学家, 桌子中间放着一盘意大利面. 每个哲学家 两两之间, 放着一根筷子.每个 哲学家 只做两件事: 思考人生 或者 吃面条. 思考人生的时候就会放下筷子. 吃面条就会拿起左右两边的筷子(先拿起左边, 再拿起右边).如果 哲学家 发现筷子拿不起来了(被别人占用了), 就会阻塞等待.假设同一时刻, 五个 哲学家 同时拿起左手边的筷子, 然后再尝试拿右手的筷子, 就会发现右手的筷子都被占用了. 由于 哲学家 们互不相让, 这个时候就形成了 死锁。

死锁是一种严重的bug,导致一个程序的线程卡死,无法正常工作。

如何避免死锁

锁产生的四个必要条件:

当上述四个条件都成立的时候,便形成死锁。当然,死锁的情况下如果打破上述任何一个条件,便可让死锁消失。

其中最容易破坏的就是“循环等待”。最常用的一种死锁阻止技术就是锁排序, 假设有 N 个线程尝试获取 M 把锁 , 就可以针对 M 把锁进行编号 (1, 2, 3...M)。 N 个线程尝试获取锁的时候 , 都按照固定的按编号由小到大顺序来获取锁。 这样就可以避免环路等待。

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