总的来说：
public enum State {
// 新建
NEW,
// 准备就绪
RUNNABLE,
// 阻塞
BLOCKED,
// 不见不散
WAITING,
// 过时不候
TIMED_WAITING,
// 终结
TERMINATED;
}
synchronoized 是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有一下几种：
package study.sync;
/**
* @Author: xujinshan361@163.com
* 1.创建资源类，定义属性和操作方法
*/
class Ticket{
// 票数
private int number =30;
// 操作方法：卖票
public synchronized void sale(){
// 判断：是否有票
if (number>0) {
// 加入延迟模拟效果
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖出："+(number--)+"剩下："+number);
}
}
}
public class SaleTicket {
// 2. 创建多个线程，调用资源类的操作方法
public static void main(String[] args) {
// 创建Ticket对象
Ticket ticket = new Ticket();
// 创建三个线程 -1
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 调用买票方法
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
}
},"AA").start();
// 线程2
new Thread(()->{
// 调用买票方法
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"BB").start();
// 线程3
new Thread(()->{
// 调用买票方法
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"BB").start();
}
}
Lock锁提供了比使用同步方法和语句更广泛的锁操作。它允许许多更灵活的结果，可具有非常多不同的属性，并且可支持多个关联条件的对象。Lock提供了比synchronized更多的功能。
Lock与Synchronized的区别
public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
}
下面逐个讲述Lock接口中的每个方法使用
Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
//处理任务
}catch(Exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
注意：
ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用
public class Test {
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
new Thread() {
public void run() {
test.insert(Thread.currentThread());
}
;
}.start();
new Thread() {
public void run() {
test.insert(Thread.currentThread());
}
;
}.start();
}
public void insert(Thread thread) {
Lock lock = new ReentrantLock(); //注意这个地方
lock.lock();
try {
System.out.println(thread.getName() + "得到了锁");
for (int i = 0; i < 5; i++) {
arrayList.add(i);
}
} catch (Exception e) {
} finally {
System.out.println(thread.getName() + "释放了锁");
lock.unlock();
}
}
}
使用ReentrantLock实现卖票问题
// 第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class LTicket{
// 票数
private int number =30;
// 创建可重入锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 卖票方法
public void sale(){
// 上锁
lock.lock();
try {
// 判断是否有票可卖
if (number>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖出"+(number--)+"剩余："+number);
}
}finally {
// 解锁
lock.unlock();
}
}
}
public class LSaleTicket {
public static void main(String[] args) {
// 第二步，创建多个线程，调用资源类的操作方法
LTicket ticket = new LTicket();
// 创建三个线程
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"AA").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"BB").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"CC").start();
}
}
public interface ReadWriteLock {
/**
* Returns the lock used for reading.
*
* @return the lock used for reading
*/
Lock readLock();
/**
* Returns the lock used for writing.
*
* @return the lock used for writing
*/
Lock writeLock();
}
public class Test {
private ReentrantReadWriteLock rwl = new
ReentrantReadWriteLock();
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
new Thread() {
public void run() {
test.get(Thread.currentThread());
};
}.start();
new Thread() {
public void run() {
test.get(Thread.currentThread());
};
}.start();
}
public synchronized void get(Thread thread) {
long start = System.currentTimeMillis();
while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");
}
System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");
}
}
改成读写锁
public class Test {
private ReentrantReadWriteLock rwl = new
ReentrantReadWriteLock();
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
new Thread() {
public void run() {
test.get(Thread.currentThread());
}
;
}.start();
new Thread() {
public void run() {
test.get(Thread.currentThread());
}
;
}.start();
}
public void get(Thread thread) {
rwl.readLock().lock();
try {
long start = System.currentTimeMillis();
while (System.currentTimeMillis() - start <= 1) {
System.out.println(thread.getName() + "正在进行读操作");
}
System.out.println(thread.getName() + "读操作完毕");
} finally {
rwl.readLock().unlock();
}
}
}
-说明：thread1和thread2 在同时进行读操作，这样就大大提升了读操作效率
注意:
Lock 和 synchronized 有以下几点不同：
在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时 Lock 的性能要远远优于synchronized。
线程间通信的模型由两种：共享内存和消息传递，以下方式都是基于这两种模式来实现的
场景–两个线程，一个线程对当前数加一，另一个线程对当前数减一，要求用线程间通信
//第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class Share {
//初始值
private int number = 0;
//+1的方法
public synchronized void incr() throws InterruptedException {
//第二步 判断 干活 通知
while(number != 0) { //判断number值是否是0，如果不是0，等待
this.wait(); //在哪里睡，就在哪里醒
}
//如果number值是0，就+1操作
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);
//通知其他线程
this.notifyAll();
}
//-1的方法
public synchronized void decr() throws InterruptedException {
//判断
while(number != 1) {
this.wait();
}
//干活
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" :: "+number);
//通知其他线程
this.notifyAll();
}
}
public class ThreadDemo1 {
//第三步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
public static void main(String[] args) {
Share share = new Share();
//创建线程
new Thread(()->{
for (int i = 1; i <=10; i++) {
try {
share.incr(); //+1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"AA").start();
new Thread(()->{
for (int i = 1; i <=10; i++) {
try {
share.decr(); //-1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"BB").start();
new Thread(()->{
for (int i = 1; i <=10; i++) {
try {
share.incr(); //+1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"CC").start();
new Thread(()->{
for (int i = 1; i <=10; i++) {
try {
share.decr(); //-1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"DD").start();
}
}
虚假唤醒问题
wait()方法API解释
// 第一步，创建资源类，定义属性和操作方法
class Share {
private int number = 0;
// 创建Lock
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
// +1
public void incr() throws InterruptedException {
// 上锁
lock.lock();
try {
// 判断
while (number != 0) {
condition.await();
}
// 干活
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + number);
// 通知
condition.signalAll();
} finally {
// 解锁
lock.unlock();
}
}
// -1
public void decr() throws InterruptedException {
// 上锁
lock.lock();
try {
// 判断
while (number != 1) {
condition.await();
}
// 干活
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + number);
// 通知
condition.signalAll();
} finally {
// 解锁
lock.unlock();
}
}
}
public class ThreadDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Share share = new Share();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
share.incr();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"AA").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
share.decr();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"BB").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
share.incr();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"CC").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
share.decr();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"DD").start();
}
}
问题：AA线程打印5次AA，BB线程打印10次BB，CC线程打印15次CC，此顺序循环10次
实现流程
// 第一步，创建资源类
class ShareResource {
// 定义标志位
private int flag = 1; // 1:AA 2:BB 3:CC
// 创建Lock锁
Lock lock = new ReentrantLock();
// 创建三个condition
private Condition c1 = lock.newCondition();
private Condition c2 = lock.newCondition();
private Condition c3 = lock.newCondition();
// 打印5次，参数第几轮
public void print5(int loop) throws InterruptedException {
// 上锁
lock.lock();
try {
// 判断
while (flag != 1) {
// 等待
c1.await();
}
// 干活
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + i + "::轮数：" + loop);
}
// 通知
flag = 2; // 修改标志位
c2.signal(); // 通知BB线程
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
// 打印10次，参数第几轮
public void print10(int loop) throws InterruptedException {
// 上锁
lock.lock();
try {
// 判断
while (flag != 2) {
// 等待
c2.await();
}
// 干活
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + i + "::轮数：" + loop);
}
// 通知
flag = 3; // 修改标志位
c3.signal(); // 通知CC线程
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
// 打印15次，参数第几轮
public void print15(int loop) throws InterruptedException {
// 上锁
lock.lock();
try {
// 判断
while (flag != 3) {
// 等待
c3.await();
}
// 干活
for (int i = 0; i < 15; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + i + "::轮数：" + loop);
}
// 通知
flag = 1; // 修改标志位
c1.signal(); // 通知CC线程
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
}
public class ThreadDemo3 {
public static void main(String[] args) {
ShareResource shareResource = new ShareResource();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
shareResource.print5(i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "AA").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
shareResource.print10(i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "BB").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
shareResource.print15(i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "CC").start();
}
}
public class ThreadDemo4 {
public static void main(String[] args) {
// 创建ArrayList
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(()->{
// 向集合中添加类容
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
// 从集合中获取类容
System.out.println(list);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
和ArrayList不同，Vector中操作都是线程安全的
public class ThreadDemo4 {
public static void main(String[] args) {
// 创建ArrayList
// List<String> list = new ArrayList<>();
// 创建Vector- 线程安全
List<String> list = new Vector<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(()->{
// 向集合中添加类容
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
// 从集合中获取类容
System.out.println(list);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
没有运行时出现异常，查看Vector的add方法
/**
* Appends the specified element to the end of this Vector.
*
* @param e element to be appended to this Vector
* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
* @since 1.2
*/
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, elementCount);
return true;
}
add方法被synchronized 同步修饰，线程安全，因此没有并发异常
Collections提供了方法synchronizedList保证list是同步线程安全的
public class ThreadDemo4 {
public static void main(String[] args) {
// 创建ArrayList
// List<String> list = new ArrayList<>();
// 创建Vector- 线程安全
// List<String> list = new Vector<>();
// Collections工具类
List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(()->{
// 向集合中添加类容
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
// 从集合中获取类容
System.out.println(list);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
没有异常，查看方法源码
/**
* Returns a synchronized (thread-safe) list backed by the specified
* list. In order to guarantee serial access, it is critical that
* <strong>all</strong> access to the backing list is accomplished
* through the returned list.<p>
*
* It is imperative that the user manually synchronize on the returned
* list when traversing it via {@link Iterator}, {@link Spliterator}
* or {@link Stream}:
* <pre>
* List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
* ...
* synchronized (list) {
* Iterator i = list.iterator(); // Must be in synchronized block
* while (i.hasNext())
* foo(i.next());
* }
* </pre>
* Failure to follow this advice may result in non-deterministic behavior.
*
* <p>The returned list will be serializable if the specified list is
* serializable.
*
* @param <T> the class of the objects in the list
* @param list the list to be "wrapped" in a synchronized list.
* @return a synchronized view of the specified list.
*/
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
new SynchronizedList<>(list));
}
相当于线程安全的ArrayList。和ArrayList一样，是个可变数组；但是和ArrayList不同的是，具有以下特性：
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。
这时候会抛出来一个新的问题，也就是数据不一致的问题。如果写线程还没来得及写会内存，其他的线程就会读到了脏数据
public class ThreadDemo4 {
public static void main(String[] args) {
// 创建ArrayList
// List<String> list = new ArrayList<>();
// 创建Vector- 线程安全
// List<String> list = new Vector<>();
// Collections工具类
// List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
// CopyOnWriteArrayList
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(()->{
// 向集合中添加类容
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
// 从集合中获取类容
System.out.println(list);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
下面从“动态数组”和“线程安全”两个方面进一步对CopyOnWriteArrayList 的原理进行说明。
“动态数组”机制
“线程安全”机制
add方法源码
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
synchronized (lock) {
Object[] es = getArray();
int len = es.length;
es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
es[len] = e;
setArray(es);
return true;
}
}
class Phone {
public static synchronized void sendSMS() throws Exception {
//停留 4 秒
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
System.out.println("------sendSMS");
}
public synchronized void sendEmail() throws Exception {
System.out.println("------sendEmail");
}
public void getHello() {
System.out.println("------getHello");
}
}
1 标准访问，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail
2 停 4 秒在短信方法内，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail
3 新增普通的 hello 方法，是先打短信还是 hello
------getHello
------sendSMS
4 现在有两部手机，先打印短信还是邮件
------sendEmail
------sendSMS
5 两个静态同步方法，1 部手机，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail
6 两个静态同步方法，2 部手机，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail
7 1 个静态同步方法,1 个普通同步方法，1 部手机，先打印短信还是邮件
------sendEmail
------sendSMS
8 1 个静态同步方法,1 个普通同步方法，2 部手机，先打印短信还是邮件
------sendEmail
------sendSMS
结论:
具体表现为以下 3 种形式。
非公平锁：线程饿死，效率高
公平锁：效率相对低
synchronized 和lock都是可重入锁
synchronized 关键字
// 可重入锁
public class SyncLockDemo {
// 栈溢出，递归调用，可重入锁
public synchronized void add(){
add();
}
public static void main(String[] args) {
// synchronized
Object o = new Object();
new Thread(()->{
synchronized (o){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":外层");
synchronized (o){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":中层");
synchronized (o){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":内层");
}
}
}
},"t1").start();
}
}
Lock
// 可重入锁
public class SyncLockDemo {
public static void main(String[] args) {
// Lock演示可重入锁
Lock lock = new ReentrantLock();
// 创建线程
new Thread(() -> {
try {
// 上锁
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":外层");
try {
// 上锁
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":内层");
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}, "t1").start();
}
}
/**
* 演示死锁
*/
public class DeadLock {
// 创建两个对象
static Object a = new Object();
static Object b = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (a) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "持有锁a，视图获取锁b");
// 增加延迟，模拟效果
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (b) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁b");
}
}
}, "AA").start();
new Thread(() -> {
synchronized (b) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "持有锁b，视图获取锁a");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (a) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取锁a");
}
}
}, "BB").start();
}
}
创建线程的方法：一种是通过创建Thread类，另一种是使用Runnable创建线程，但是，Runnable缺少的一项功能是，当线程终止是（即run（）完成时），无法使线程返回结果，为了支持此功能，提供了Callable接口
Callable接口特点
class MyThread01 implements Runnable{
@Override
public void run() {
}
}
class MyThread02 implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
return 200;
}
}
当 call（）方法完成时，结果必须存储在主线程已知的对象中，以便主线程可以知道该线程返回的结果。为此，可以使用 Future 对象
将 Future 视为保存结果的对象–它可能暂时不保存结果，但将来会保存（一旦Callable 返回）。Future 基本上是主线程可以跟踪进度以及其他线程的结果的一种方式。要实现此接口，必须重写 5 种方法，这里列出了重要的方法,如下:
要创建线程，需要 Runnable。为了获得结果，需要 future。
Java库具有具体的FutureTask类型，该类型实现了Runable了和Future，并方便地将两种功能组合在一起。可以通过为其构造函数提供Callable来创建FutureTask。然后，将FutureTask对象提供给Thread的构造函数以创建Thread对象。因此间接地使用Callable创建线程
核心原理
在主线程需要执行比较耗时的操作时，但是由不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给Future对象在后台完成
class MyThread01 implements Runnable{
@Override
public void run() {
}
}
class MyThread02 implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
return 200;
}
}
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// Runnable接口创建方法
new Thread(new MyThread01(),"AA").start();
// FutureTask
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread02());
// 简化lam表达式
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come in callable");
return 200;
});
// 创建一个线程
new Thread(task,"AA").start();
while (!task.isDone()){
System.out.println("wait......");
}
// 调用FutureTask的get方法
System.out.println(task.get());
System.out.println(task.get()); // 第二次调用直接返回
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"come over");
// FutureTask 原理，未来任务
}
}
JUC 提供了三种常用的辅助类，通过这些辅助类可以很好的解决线程数量过多的Lock锁的频繁操作，这三种辅助类为：
CountDownLatch 类可以设置一个计数器，然后通过 countDown 方法来进行减 1 的操作，使用 await 方法等待计数器不大于 0，然后继续执行 await方法法之后的语句。
场景：6个同学陆续离开教室后值班同学才可以关门
//演示 CountDownLatch
public class CountDownLatchDemo {
//6个同学陆续离开教室之后，班长锁门
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建CountDownLatch对象，设置初始值
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
//6个同学陆续离开教室之后
for (int i = 1; i <=6; i++) {
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 号同学离开了教室");
//计数 -1
countDownLatch.countDown();
},String.valueOf(i)).start();
}
//等待
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 班长锁门走人了");
}
}
CyclicBarrier 看英文单词可以看出大概就是循环阻塞的意思，在使用中CyclicBarrier 的构造方法第一个参数是目标障碍数，每次执行 CyclicBarrier 一次障碍数会加一，如果达到了目标障碍数，才会执行 cyclicBarrier.await()之后的语句。可以将 CyclicBarrier 理解为加 1 操作
** 场景：集齐7颗龙珠可以召唤神龙**
//集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
public class CyclicBarrierDemo {
//创建固定值
private static final int NUMBER = 7;
public static void main(String[] args) {
//创建CyclicBarrier
CyclicBarrier cyclicBarrier =
new CyclicBarrier(NUMBER,()->{
System.out.println("*****集齐7颗龙珠就可以召唤神龙");
});
//集齐七颗龙珠过程
for (int i = 1; i <=7; i++) {
new Thread(()->{
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 星龙被收集到了");
//等待
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
Semaphore 的构造方法中传入的第一个参数是最大信号量（可以看成最大线程池），每个信号量初始化为一个最多只能分发一个许可证。使用 acquire 方法获得许可证，release 方法释放许可
场景：抢车位，6部汽车3个停车位
//6辆汽车，停3个车位
public class SemaphoreDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建Semaphore，设置许可数量
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
//模拟6辆汽车
for (int i = 1; i <=6; i++) {
new Thread(()->{
try {
//抢占
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 抢到了车位");
//设置随机停车时间
TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(5));
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ------离开了车位");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//释放
semaphore.release();
}
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
现实中有一种场景：对共享资源的读和写的操作，且写操作没有读操作那么频繁，在没有写操作的时候，多个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程同时读取共享资源；但是如果一个线程想去写这些共享资源，就不应该允许其他线程对该资源进行读和写的操作了
针对这种场景，Java的并发包提供了读写锁ReentrantReadWriteLock，它表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；一个是写相关的锁，称为排他锁
读写锁有以下三个重要的特性：
public class ReentrantReadWriteLock implements ReadWriteLock,
java.io.Serializable {
/**
* 读锁
*/
private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;
/**
* 写锁
*/
private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;
final Sync sync;
/**
* 使用默认（非公平）的排序属性创建一个新的
* ReentrantReadWriteLock
*/
public ReentrantReadWriteLock() {
this(false);
}
/**
* 使用给定的公平策略创建一个新的 ReentrantReadWriteLock
*/
public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
readerLock = new ReadLock(this);
writerLock = new WriteLock(this);
}
/**
* 返回用于写入操作的锁
*/
public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() {
return
writerLock;
}
/**
* 返回用于读取操作的锁
*/
public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock() {
return
readerLock;
}
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}
static final class NonfairSync extends Sync {
}
static final class FairSync extends Sync {
}
public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {
}
public static class WriteLock implements Lock, java.io.Serializable {
}
}
可以看到，ReentrantReadWriteLock 实现了ReadWriteLock接口，ReadWriteLock接口定义了获取读锁和写锁的规范，具体需要实现类去实现；同时其还实现了Serializable接口，表示可以序列化，在源代码中可以看到ReentrantReadWriteLock实现了自己的序列化逻辑
场景：使用ReentrantReadWriteLock对一个HashMap进行读和写操作
实案例：
//资源类
class MyCache {
//创建map集合
private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
//创建读写锁对象
private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
//放数据
public void put(String key,Object value) {
//添加写锁
rwLock.writeLock().lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在写操作"+key);
//暂停一会
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
//放数据
map.put(key,value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 写完了"+key);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//释放写锁
rwLock.writeLock().unlock();
}
}
//取数据
public Object get(String key) {
//添加读锁
rwLock.readLock().lock();
Object result = null;
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在读取操作"+key);
//暂停一会
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
result = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 取完了"+key);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//释放读锁
rwLock.readLock().unlock();
}
return result;
}
}
public class ReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyCache myCache = new MyCache();
//创建线程放数据
for (int i = 1; i <=5; i++) {
final int num = i;
new Thread(()->{
myCache.put(num+"",num+"");
},String.valueOf(i)).start();
}
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
//创建线程取数据
for (int i = 1; i <=5; i++) {
final int num = i;
new Thread(()->{
myCache.get(num+"");
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
示例：
//演示读写锁降级
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
//可重入读写锁对象
ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();//读锁
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();//写锁
//锁降级
//1 获取写锁
writeLock.lock();
System.out.println("----write");
//2 获取读锁
readLock.lock();
System.out.println("---read");
//3 释放写锁
//writeLock.unlock();
//4 释放读锁
//readLock.unlock();
}
}
原因： 当线程获取读锁的时候，可能有其他线程同时也在持有读锁，因此不能把获取读锁的线程“升级”为写锁；而对于获得写锁的线程，它一定独占了读写锁，因此可以继续让它获取读锁，当它同时获取了写锁和读锁后，还可以先释放写锁继续持有读锁，这样一个写锁就“降级”为了读锁。
Concurrent包中，BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来了极大的便利。
阻塞队列，顾名思义，首先它是一个队列，通过一个共享的队列，可以使得数据由队列的一端输入，另一端输出。
常用的队列主要有以下两种：
在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动被唤起
为什么需要BlockingQueue
多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，比如经典的“生产者”和 “消费者”模型中，通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程，另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程，利用队列的方式来传递数据，就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内，万一发生数据处理速度不匹配的情况呢？理想情况下，如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度，并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候，那么生产者必须暂停等待一下（阻塞生产者线程），以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕，反之亦然
放入数据
获取数据
//阻塞队列
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//创建阻塞队列
BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
//第一组
// System.out.println(blockingQueue.add("a"));
System.out.println(blockingQueue.add("b"));
System.out.println(blockingQueue.add("c"));
//System.out.println(blockingQueue.element());
//System.out.println(blockingQueue.add("w"));
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
//第二组
// System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
// System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
// System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
// System.out.println(blockingQueue.offer("www"));
//
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// System.out.println(blockingQueue.poll());
//第三组
// blockingQueue.put("a");
// blockingQueue.put("b");
// blockingQueue.put("c");
// //blockingQueue.put("w");
//
// System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take());
//第四组
System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
System.out.println(blockingQueue.offer("w",3L, TimeUnit.SECONDS));
}
}
总结：由数组结构组成的有界阻塞队列
ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 是两个最普通也是最常用的阻塞队列，一般情况下，在处理多线程间的生产者消费者问题，使用这两个
类足以。
总结: 由链表结构组成的有界（但大小默认值为integer.MAX_VALUE）阻塞队列
主要特点：
线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略：corePoolSize ,核心线程数，也即最小线程数。workQueue，阻塞队列。maximumPoolSize，最大线程数
当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池的拒绝策略了。
总结起来，也就是一句话，当提交的任务数大于（workQueue.size() + maximumPoolSize ），就会触发线程池的拒绝策略。
作用： 创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理长度，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程
特点：
创建方式
/**
* 可缓存线程池
* @return
*/
public static ExecutorService newCachedThreadPool(){
/**
* corePoolSize 线程池的核心线程数
* maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit 存活的时间单位
* workQueue 存放提交但未执行任务的队列
* threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
* handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
*/
return new ThreadPoolExecutor(0,
Integer.MAX_VALUE,
60L,
TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<>(),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}
**场景：**适用于创建一个可无限扩大的线程池，服务器负载压力较轻，执行时间较短，任务多的场景
**作用：**创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在
特征：
• 线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量
• 线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在
• 超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待
创建方式：
/**
* 固定长度线程池
* @return
*/
public static ExecutorService newFixedThreadPool(){
/**
* corePoolSize 线程池的核心线程数
* maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit 存活的时间单位
* workQueue 存放提交但未执行任务的队列
* threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
* handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
*/
return new ThreadPoolExecutor(10,
10,
0L,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}
**场景：**适用于可以预测线程数量的业务中，或者服务器负载较重，对线程数有严格限制的场景
**作用：**创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的newFixedThreadPool 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
特征： 线程池中最多执行 1 个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行
创建方式：
/**
* 单一线程池
* @return
*/
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){
/**
* corePoolSize 线程池的核心线程数
* maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit 存活的时间单位
* workQueue 存放提交但未执行任务的队列
* threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
* handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
*/
return new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}
场景: 适用于需要保证顺序执行各个任务，并且在任意时间点，不会同时有多个
线程的场景
Fork/Join可以将一个大的任务拆分成多个子任务进行并行处理，最后将子任务结果合并成最后的计算结果，并进行输出。Fork/Join 框架要完成两件事情：
**任务分割：**首先 Fork/Join 框架需要把大的任务分割成足够小的子任务，如果子任务比较大的话还要对子任务进行继续分割
执行任务并合并结果：分割的子任务分别放到双端队列里，然后几个启动线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都放在另外一个队列里，启动一个线程从队列里取数据，然后合并这些数据。
在 Java 的 Fork/Join 框架中，使用两个类完成上述操作
Fork/Join 框架的实现原理
Fork方法的实现原理： 当调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会把任务放到ForkJoinWorkerThread的pushTask的workQueue中，异步地执行这个任务，然后立即返回结果
public final ForkJoinTask<V> fork() {
Thread t;
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread)
((ForkJoinWorkerThread)t).workQueue.push(this);
else
ForkJoinPool.common.externalPush(this);
return this;
}
pushTask方法把当前任务存放到ForkJoinTask数组队列里，然后再调用ForkJoinPool的singleWork（）方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。代码如下：
final void push(ForkJoinTask<?> task) {
ForkJoinTask<?>[] a;
int s = top, d, cap, m;
ForkJoinPool p = pool;
if ((a = array) != null && (cap = a.length) > 0) {
QA.setRelease(a, (m = cap - 1) & s, task);
top = s + 1;
if (((d = s - (int)BASE.getAcquire(this)) & ~1) == 0 &&
p != null) { // size 0 or 1
VarHandle.fullFence();
p.signalWork();
}
else if (d == m)
growArray(false);
}
}
Join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。ForkJoinTask的join方法实现，代码如下：
public final V join() {
int s;
if (((s = doJoin()) & ABNORMAL) != 0)
reportException(s);
return getRawResult();
}
首先调用doJoin方法，通过doJoin方法得到当前任务的状态来判断返回什么结果，任务状态有四种：
如果任务状态是已完成，则直接返回任务结果
如果任务状态是被取消，则直接抛出CancellactionExecption
如果任务状态是抛出异常，则直接抛出对应的异常
doJoin方法实现：
private int doJoin() {
int s; Thread t; ForkJoinWorkerThread wt; ForkJoinPool.WorkQueue w;
return (s = status) < 0 ? s :
((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) ?
(w = (wt = (ForkJoinWorkerThread)t).workQueue).
tryUnpush(this) && (s = doExec()) < 0 ? s :
wt.pool.awaitJoin(w, this, 0L) :
externalAwaitDone();
}
在 doJoin()方法流程如下:
ForkJoinTask 在执行的时候可能会抛出异常，但是我们没办法在主线程里直接捕获异常，所以 ForkJoinTask 提供了 isCompletedAbnormally()方法来检查任务是否已经抛出异常或已经被取消了，并且可以通过 ForkJoinTask 的getException 方法获取异常。
getException 方法返回 Throwable 对象，如果任务被取消了则返回CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回 null。
场景：生成一个计算任务，计算1+2+3+……+1000，每100个数切分一个子任务
/**
* 递归累加
*/
class TaskExample extends RecursiveTask<Long> {
private int start;
private int end;
private long sum;
/**
* 构造函数
*
* @param start
* @param end
*/
public TaskExample(int start, int end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
/**
* The main computation performed by this task.
*
* @return the result of the computation
*/
@Override
protected Long compute() {
System.out.println("任务" + start + "=========" + end + "累加开始");
//大于 100 个数相加切分,小于直接加
if (end - start <= 100) {
for (int i = start; i <= end; i++) {
//累加
sum += i;
}
} else {
//切分为 2 块
int middle = start + 100;
//递归调用,切分为 2 个小任务
TaskExample taskExample1 = new TaskExample(start, middle);
TaskExample taskExample2 = new TaskExample(middle + 1, end);
//执行:异步
taskExample1.fork();
taskExample2.fork();
//同步阻塞获取执行结果
sum = taskExample1.join() + taskExample2.join();
}
//加完返回
return sum;
}
}
/**
* 分支合并案例
*/
public class ForkJoinPoolDemo {
/**
* 生成一个计算任务，计算 1+2+3.........+1000
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
//定义任务
TaskExample taskExample = new TaskExample(1, 1000);
//定义执行对象
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
//加入任务执行
ForkJoinTask<Long> result = forkJoinPool.submit(taskExample);
//输出结果
try {
System.out.println(result.get());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
forkJoinPool.shutdown();
}
}
}
CompletableFuture 在 Java 里面被用于异步编程，异步通常意味着非阻塞，可以使得我们的任务单独运行在与主线程分离的其他线程中，并且通过回调可以在主线程中得到异步任务的执行状态，是否完成，和是否异常等信息。
CompletableFuture 实现了 Future, CompletionStage 接口，实现了 Future接口就可以兼容现在有线程池框架，而 CompletionStage 接口才是异步编程的接口抽象，里面定义多种异步方法，通过这两者集合，从而打造出了强大的CompletableFuture 类。
Futrue 在 Java 里面，通常用来表示一个异步任务的引用，比如我们将任务提交到线程池里面，然后我们会得到一个 Futrue，在 Future 里面有 isDone 方法来 判断任务是否处理结束，还有 get 方法可以一直阻塞直到任务结束然后获取结果，但整体来说这种方式，还是同步的，因为需要客户端不断阻塞等待或者不断轮询才能知道任务是否完成。
Future 的主要缺点：
不支持手动完成
不支持进一步的非阻塞调用
不支持链式调用
不支持多个Future合并
不支持异常处理
场景：主线程里面创建一个CompleteableFuture，然后主线程调用get方法会阻塞，最后在一个子线程中使其终止
/**
* 主线程里面创建一个 CompletableFuture，然后主线程调用 get 方法会阻塞，最后我们
* 在一个子线程中使其终止
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>();
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "子线程开始干活");
//子线程睡 5 秒
Thread.sleep(5000);
//在子线程中完成主线程
future.complete("success");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "A").start();
//主线程调用 get 方法阻塞
System.out.println("主线程调用 get 方法获取结果为: " + future.get());
System.out.println("主线程完成,阻塞结束!!!!!!");
}
//异步调用和同步调用
public class CompletableFutureDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//同步调用
CompletableFuture<Void> completableFuture1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : CompletableFuture1");
});
completableFuture1.get();
//mq消息队列
//异步调用
CompletableFuture<Integer> completableFuture2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : CompletableFuture2");
//模拟异常
int i = 10 / 0;
return 1024;
});
completableFuture2.whenComplete((t, u) -> {
System.out.println("------t=" + t);
System.out.println("------u=" + u);
}).get();
}
}
当一个线程依赖另一个线程时，可以使用thenApply方法来把这两个线程串行化
public class Test {
private static Integer num = 10;
/**
* 先对一个数加 10,然后取平方
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("主线程开始");
CompletableFuture<Integer> future =
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
System.out.println("加 10 任务开始");
num += 10;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return num;
}).thenApply(integer -> {
return num * num;
});
Integer integer = future.get();
System.out.println("主线程结束, 子线程的结果为:" + integer);
}
}
thenAccept消费处理结果，接收任务的处理结果，并消费处理，无返回结果
public class Test {
private static int num =10;
public static void main(String[] args) throws Exception{
System.out.println("主线程开始");
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
System.out.println("加 10 任务开始");
num += 10;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return num;
}).thenApply(integer -> {
return num * num;
// thenAccept消费
}).thenAccept(new Consumer<Integer>() {
@Override
public void accept(Integer integer) {
System.out.println("子线程全部处理完成,最后调用了 accept,结果为:" +
integer);
}
});
}
}
exceptionally异常处理，出现异常时触发
public class Test {
private static int num =10;
public static void main(String[] args) throws Exception{
System.out.println("主线程开始");
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 添加exception
int i= 1/0;
System.out.println("加 10 任务开始");
num += 10;
return num;
}).exceptionally(ex -> {
System.out.println(ex.getMessage());
return -1;
});
System.out.println(future.get());
}
}
handle类似于thenAccept/thenRun方法，是最后一步的处理调用，但是同时可以处理异常
public class Test {
private static int num =10;
public static void main(String[] args) throws Exception{
System.out.println("主线程开始");
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println("加 10 任务开始");
num += 10;
return num;
}).handle((i,ex) ->{
System.out.println("进入 handle 方法");
if(ex != null){
System.out.println("发生了异常,内容为:" + ex.getMessage());
return -1; }else{
System.out.println("正常完成,内容为: " + i);
return i; }
});
System.out.println(future.get());
}
}
thenCompose 合并两个有依赖关系的CompleteableFuture的执行结果
public class Test {
private static int num =10;
public static void main(String[] args) throws Exception{
System.out.println("主线程开始");
//第一步加 10
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println("加 10 任务开始");
num += 10;
return num;
});
//合并
CompletableFuture<Integer> future1 = future.thenCompose(i ->
//再来一个 CompletableFuture
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return i + 1;
}));
System.out.println(future.get());
System.out.println(future1.get());
}
}
thenCombine合并两个没有依赖的CompleteableFuture任务
// 执行任务调度不一样，导致不一样的结果，纯属测试合并
public class Test {
private static int num =10;
public static void main(String[] args) throws Exception{
System.out.println("主线程开始");
CompletableFuture<Integer> job1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println("加 10 任务开始");
num += 10;
return num;
});
CompletableFuture<Integer> job2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println("乘以 10 任务开始");
num = num * 10;
return num;
});
//合并两个结果
CompletableFuture<Object> future = job1.thenCombine(job2, new
BiFunction<Integer, Integer, List<Integer>>() {
@Override
public List<Integer> apply(Integer a, Integer b) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(a);
list.add(b);
return list; }
});
System.out.println("合并结果为:" + future.get());
}
}