2. JUC

總結(jié)不易，希望大家給點(diǎn)支持，堅(jiān)持每日一更，如果需要更加全面的資料可以聯(lián)系wx:qh950520

java 并發(fā)編程并發(fā)：多個(gè)線程去訪問(wèn)同一個(gè)資源并行：各種事情同時(shí)去做，一邊干什么，一邊干什么

1. Synchronized

1.sync的使用

可以用用于代碼塊，普通方法，靜態(tài)方法

代碼塊----對(duì)象鎖，普通方法---對(duì)象鎖，靜態(tài)方法----類鎖

2.sync的主要作用

主要使用來(lái)解決多線程同步問(wèn)題的，其可以保證正在被修改的代碼任意時(shí)刻都只有一個(gè)線程執(zhí)行

3.sync的底層原理

被synchronized修飾的代碼，在被編譯器編譯后在被修飾的代碼前后加上了一組字節(jié)指令。

在代碼開始加入了monitorenter，在代碼后面加入了monitorexit，這兩個(gè)字節(jié)碼指令配合完成了synchronized關(guān)鍵字修飾代碼的互斥訪問(wèn)

在虛擬機(jī)執(zhí)行到monitorenter指令的時(shí)候，會(huì)請(qǐng)求獲取對(duì)象的monitor鎖，基于monitor鎖又衍生出一個(gè)鎖計(jì)數(shù)器的概念

當(dāng)執(zhí)行monitorenter時(shí)，若對(duì)象未被鎖定時(shí)，或者當(dāng)前線程已經(jīng)擁有了此對(duì)象的monitor鎖，則鎖計(jì)數(shù)器+1，該線程獲取該對(duì)象鎖。

當(dāng)執(zhí)行monitorexit時(shí)，鎖計(jì)數(shù)器-1，當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，此對(duì)象鎖就被釋放了。那么其他阻塞的線程則可以請(qǐng)求獲取該monitor鎖。

拓展：sync修飾普通方法底層原理：

普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)示符。JVM就是根據(jù)該標(biāo)示符來(lái)實(shí)現(xiàn)方法的同步的：當(dāng)方法調(diào)用時(shí)，調(diào)用指令將會(huì)檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問(wèn)標(biāo)志是否被設(shè)置，如果設(shè)置了，執(zhí)行線程將先獲取monitor，獲取成功之后才能執(zhí)行方法體，方法執(zhí)行完后再釋放monitor。在方法執(zhí)行期間，其他任何線程都無(wú)法再獲得同一個(gè)monitor對(duì)象。 其實(shí)本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，只是方法的同步是一種隱式的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需通過(guò)字節(jié)碼來(lái)完成。

面試：Synchronized的可重入怎么實(shí)現(xiàn)的？

重入鎖實(shí)現(xiàn)可重入性原理或機(jī)制是：每一個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)線程持有者和計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)表示該鎖沒(méi)有被任何線程持有，那么任何線程都可能獲得該鎖而調(diào)用相應(yīng)的方法；當(dāng)某一線程請(qǐng)求成功后，JVM會(huì)記下鎖的持有線程，并且將計(jì)數(shù)器置為 1；此時(shí)其它線程請(qǐng)求該鎖，則必須等待；而該持有鎖的線程如果再次請(qǐng)求這個(gè)鎖，就可以再次拿到這個(gè)鎖，同時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)遞增；當(dāng)線程退出同步代碼塊時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)遞減，如果計(jì)數(shù)器為 0，則釋放該鎖。

synchronized 方法若發(fā)生異常，則JVM會(huì)自動(dòng)釋放鎖。

鎖對(duì)象不能為空，否則拋出NPE(NullPointerException)

繼承創(chuàng)建了父類對(duì)象，并把父類對(duì)象的引用交給了子類，但是在super.去調(diào)用方法的時(shí)候JVM認(rèn)為調(diào)用者依然是子類。所以子類從寫父類sync方法，鎖對(duì)象都是子類。

2. volatile

volatile關(guān)鍵字

對(duì)volatile的理解：volatile是java虛擬機(jī)提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制，主要兩大特性：

保證可見性，禁止指令重排序但不保證原子性

為什么不保證原子性？

java只對(duì)基本數(shù)據(jù)類型變量的賦值和讀取是原子操作，想 i++這種是非原子操作，

1、讀內(nèi)存到寄存器；2、在寄存器中自增；3、寫回內(nèi)存。如果被volatile修飾了，肯定能保證每次讀取這個(gè)變量都是最新的值，但一旦需要對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行自增這樣的非原子操作，就無(wú)法保證原子性了。

怎么保證可見性？

對(duì)volatile修飾的變量，執(zhí)行寫操作的話，JVM會(huì)發(fā)送一條lock前綴指令給CPU，CPU在計(jì)算完之后會(huì)立即將這個(gè)值寫回主內(nèi)存，同時(shí)因?yàn)橛?b>MESI緩存一致性協(xié)議，所以各個(gè)CPU都會(huì)對(duì)總線進(jìn)行嗅探，自己本地緩存中的數(shù)據(jù)是否被別人修改

如果發(fā)現(xiàn)別人修改了某個(gè)緩存的數(shù)據(jù)，那么CPU就會(huì)將自己本地緩存的數(shù)據(jù)過(guò)期，然后這個(gè)CPU上執(zhí)行的線程在讀取那個(gè)變量的時(shí)候，就會(huì)從主內(nèi)存重新加載最新的數(shù)據(jù)。

lock前綴指令 + MESI緩存一致性協(xié)議

volatile為什么可以禁止指令重排序？

對(duì)于volatile修改變量的讀寫操作，都會(huì)加入內(nèi)存屏障

每個(gè)volatile寫操作前面，加StoreStore屏障，禁止上面的普通寫和他重排；每個(gè)volatile寫操作后面，加StoreLoad屏障，禁止跟下面的volatile讀/寫重排

每個(gè)volatile讀操作后面，加LoadLoad屏障，禁止下面的普通讀和voaltile讀重排；每個(gè)volatile讀操作后面，加LoadStore屏障，禁止下面的普通寫和volatile讀重排

sync怎么保證有序性？

synchronized則是由“一個(gè)變量在同一時(shí)刻只允許一條線程對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ock操作”這條規(guī)則獲取的。

3.Lock/ReenTrantLock/ReadWriteLock

synchronized和lock的區(qū)別？

sync是個(gè)java關(guān)鍵字，lock是個(gè)java類

sync無(wú)法判斷獲取鎖的狀態(tài)，lock可以判斷是否獲取鎖

sync會(huì)自動(dòng)釋放鎖，lock需要手動(dòng)釋放，否則發(fā)生死鎖

線程獲取sync鎖后，另外一個(gè)線程會(huì)一直等待，而lock就不一定會(huì)等待(可中斷)

適合鎖少量同步代碼塊，Lock適合鎖大量同步代碼塊

java中有哪些鎖？

公平鎖/非公平鎖

公平鎖：多個(gè)線程按照順序獲取鎖

非公平鎖：線程獲取鎖的順序并不是按照申請(qǐng)鎖的順序，有可能后申請(qǐng)的線程比先申請(qǐng)的線程優(yōu)先獲取鎖

可重入鎖

可重入鎖又名遞歸鎖，是指在同一個(gè)線程在外層方法獲取鎖的時(shí)候，在進(jìn)入內(nèi)層方法會(huì)自動(dòng)獲取鎖。 sync和reentrantlock

獨(dú)享鎖/共享鎖

獨(dú)享鎖是指該鎖一次只能被一個(gè)線程所持有,ReentrantLock,sync，writeLock

共享鎖是指該鎖可被多個(gè)線程所持有，readLock

互斥鎖/讀寫鎖

互斥鎖在Java中的具體實(shí)現(xiàn)就是ReentrantLock

讀寫鎖在Java中的具體實(shí)現(xiàn)就是ReadWriteLock

樂(lè)觀鎖/悲觀鎖

樂(lè)觀鎖則認(rèn)為對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，是不會(huì)發(fā)生修改的。在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)采用嘗試更新，不斷重新的方式更新數(shù)據(jù)

悲觀鎖認(rèn)為對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)操作，一定是會(huì)發(fā)生修改的，哪怕沒(méi)有修改，也會(huì)認(rèn)為修改

樂(lè)觀鎖可以使用volatile+CAS原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)，帶參數(shù)版本來(lái)避免ABA問(wèn)題，在讀取和替換的時(shí)候進(jìn)行判定版本是否一致

悲觀鎖可以使用synchronize的以及Lock

分段鎖

分段鎖其實(shí)是一種鎖的設(shè)計(jì)，并不是具體的一種鎖，對(duì)于ConcurrentHashMap而言，其并發(fā)的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)分段鎖的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的并發(fā)操作。

偏向鎖/輕量級(jí)鎖/重量級(jí)鎖

Synchronized

偏向鎖是指一段同步代碼一直被一個(gè)線程所訪問(wèn)，那么該線程會(huì)自動(dòng)獲取鎖。降低獲取鎖的代價(jià)。

輕量級(jí)鎖是指當(dāng)鎖是偏向鎖的時(shí)候，被另一個(gè)線程所訪問(wèn)，偏向鎖就會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，其他線程會(huì)通過(guò)自旋的形式嘗試獲取鎖，不會(huì)阻塞，提高性能。

重量級(jí)鎖是指當(dāng)鎖為輕量級(jí)鎖的時(shí)候，另一個(gè)線程雖然是自旋，但自旋不會(huì)一直持續(xù)下去，當(dāng)自旋一定次數(shù)的時(shí)候，還沒(méi)有獲取到鎖，就會(huì)進(jìn)入阻塞，該鎖膨脹為重量級(jí)鎖。重量級(jí)鎖會(huì)讓其他申請(qǐng)的線程進(jìn)入阻塞，性能降低。

自旋鎖

在Java中，自旋鎖是指嘗試獲取鎖的線程不會(huì)立即阻塞，而是采用循環(huán)的方式去嘗試獲取鎖，這樣的好處是減少線程上下文切換的消耗，缺點(diǎn)是循環(huán)會(huì)消耗CPU。

原理：

第一個(gè)線程： 第一次來(lái)獲取鎖，立刻獲取到鎖

第二個(gè)線程： 線程一還沒(méi)有處理完，就要加入到隊(duì)列，并關(guān)心它的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)鎖狀態(tài)，然后進(jìn)行自旋。

第三步： 釋放鎖, 線程1把自身的locked = false ，同時(shí)把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)改為了前節(jié)點(diǎn)。

死鎖是什么？

當(dāng)兩個(gè)線程循環(huán)依賴于一對(duì)同步對(duì)象(monitor)時(shí)將發(fā)生死鎖

比如線程1的占用了D資源，線程2的占用了C資源 ,此時(shí)線程1需要資源C，線程2需要D資源，他們就一直等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致死鎖。

死鎖的4個(gè)必要條件？

當(dāng)且僅當(dāng)以下所有條件同時(shí)存在于系統(tǒng)中時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)資源上的死鎖情況：

相互排斥：系統(tǒng)中必須有非共享的資源，即在任何給定的時(shí)刻，只有一個(gè)進(jìn)程可以使用該資源。

保持等待：進(jìn)程當(dāng)前持有至少一個(gè)資源并請(qǐng)求其他進(jìn)程持有的其他資源。

不可搶占：資源只能由持有它的進(jìn)程自愿釋放，其他進(jìn)程不可強(qiáng)行占有該資源。

循環(huán)等待：每個(gè)進(jìn)程必須等待另一個(gè)進(jìn)程持有的資源，而該進(jìn)程又等待第一個(gè)進(jìn)程釋放資源

鎖優(yōu)化？

一般并發(fā)用到鎖就是阻塞的，因此鎖優(yōu)化就是在堵塞的情況下去提高性能

? 持有時(shí)間減少和鎖的范圍 (比如以前是對(duì)整個(gè)方法加鎖，現(xiàn)在只對(duì)方法內(nèi)代碼塊加鎖)

? 減小鎖粒度（高性能的hash表，他就是做了減少鎖粒度的實(shí)現(xiàn)，他被拆分好像16個(gè)Segment，每個(gè)Segment就是一個(gè)個(gè)小的hashmap.。就是把大的hash表拆成若干個(gè)小的hash表。）在減小鎖粒度后， ConcurrentHashMap允許若干個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入

? 鎖分離（分離，就是讀寫鎖分離，讀不用改變數(shù)據(jù)，所以所有的讀不會(huì)產(chǎn)生堵塞，讀不會(huì)產(chǎn)生堵塞。當(dāng)寫的時(shí)候才去進(jìn)行堵塞，對(duì)于讀多寫少的場(chǎng)景，應(yīng)用比較好）

? 鎖粗化（對(duì)同一個(gè)鎖不停的進(jìn)行請(qǐng)求、同步和釋放，其本身也會(huì)消耗系統(tǒng)寶貴的資源，反而不利于性能的優(yōu)化。因此可以把很多次請(qǐng)求的鎖拿到一個(gè)鎖里面，但前提是：中間不需要的同步的代碼塊很很快的執(zhí)行完。

例如：for(in i=0;i<count;i++){

Synchronized()

}

改為

Synchronized(){

for(in i=0;i<count;i++){}

}

）

? 鎖消除

在即時(shí)編譯器時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)不可能被共享的對(duì)象，則可以消除這些對(duì)象的鎖操作。

比如StringBuffer ，他本來(lái)就是線程安全的，他內(nèi)部有很多sycn修飾

ConCurrentHashMap分段鎖的概念

ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment，它即類似于HashMap（JDK7與JDK8中HashMap的實(shí)現(xiàn)）的結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部擁有一個(gè)Entry數(shù)組，數(shù)組中的每個(gè)元素又是一個(gè)鏈表；同時(shí)又是一個(gè)ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock)。

當(dāng)需要put元素的時(shí)候，并不是對(duì)整個(gè)hashmap進(jìn)行加鎖，而是先通過(guò)hashcode來(lái)知道他要放在那一個(gè)分段中，然后對(duì)這個(gè)分段進(jìn)行加鎖，所以當(dāng)多線程put的時(shí)候，只要不是放在一個(gè)分段中，就實(shí)現(xiàn)了真正的并行的插入。

但是，在統(tǒng)計(jì)size的時(shí)候，可就是獲取hashmap全局信息的時(shí)候，就需要獲取所有的分段鎖才能統(tǒng)計(jì)。

分段鎖的設(shè)計(jì)目的是細(xì)化鎖的粒度，當(dāng)操作不需要更新整個(gè)數(shù)組的時(shí)候，就僅僅針對(duì)數(shù)組中的一項(xiàng)進(jìn)行加鎖操作。

我們面對(duì)ReentrantLock和synchronized改如何選擇？

Synchronized相比Lock，為許多開發(fā)人員所熟悉，并且簡(jiǎn)潔緊湊，如果現(xiàn)有程序已經(jīng)使用了內(nèi)置鎖，那么盡量保持代碼風(fēng)格統(tǒng)一，盡量不引入Lock，避免兩種機(jī)制混用，容易令人困惑，也容易發(fā)生錯(cuò)誤。在Synchronized無(wú)法滿足需求的情況下，Lock可以作為一種高級(jí)工具，這些功能包括“可定時(shí)的、可輪詢的與可中斷的鎖獲取操作，公平隊(duì)列，以及非塊結(jié)構(gòu)的鎖”否則還是優(yōu)先使用Synchronized。最后，未來(lái)更可能提升Synchronized而不是Lock的性能，因?yàn)?b>Synchronized是JVM的內(nèi)置屬性，他能執(zhí)行一些優(yōu)化，例如對(duì)線程封閉的鎖對(duì)象的鎖消除優(yōu)化，通過(guò)增加鎖的粒度來(lái)消除內(nèi)置鎖的同步，而如果基于類庫(kù)的鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，則可能性不大

4.CAS

原理：比較當(dāng)前工作內(nèi)存中的值和主內(nèi)存中的值，如果這個(gè)值是期望的，那么則執(zhí)行操作。如果不是就一直循環(huán)。

缺點(diǎn)：

底層是自旋鎖，耗時(shí)

一次性只能保存一個(gè)共享變量的原子性

ABA問(wèn)題

ABA問(wèn)題：需要取出內(nèi)存中某時(shí)刻的數(shù)據(jù)，而在下時(shí)刻比較并替換，那么在這個(gè)時(shí)間差類會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的變化。

典型例子： 現(xiàn)有一個(gè)用單向鏈表實(shí)現(xiàn)的棧，棧頂為A，這時(shí)線程T1已經(jīng)知道A.next為B，然后希望用CAS將棧頂替換為B：head.compareAndSet(A,B);在T1執(zhí)行上面這條指令之前，線程T2介入，將A、B出棧，再pushD、C、A。此時(shí)輪到線程T1執(zhí)行CAS操作，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)棧頂仍為A，所以CAS成功，棧頂變?yōu)锽，但實(shí)際上B.next為null，這樣CD就丟失了。

樂(lè)觀鎖的實(shí)現(xiàn)中通常都會(huì)用版本戳version來(lái)對(duì)記錄或?qū)ο髽?biāo)記，避免并發(fā)操作帶來(lái)的問(wèn)題，在Java中，AtomicStampedReference<E>也實(shí)現(xiàn)了這個(gè)作用

AtomicStampedReference(intialRef, initialStamp)

比較initalStamp，然后進(jìn)行compareAndSet

Unsafe 類

//java無(wú)法直接操作內(nèi)存，java可以調(diào)用C++，native方法，C++可以操作內(nèi)存

java通過(guò)Unsafe類可以操作native方法，來(lái)操作內(nèi)存

5.并發(fā)集合類

并發(fā)包下list集合CopyOnWriteArrayList

1.Vector? 已經(jīng)廢棄了，效率太低

2.List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());? //效率低

3.List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(new ArrayList<>());? JUC里面的方法，add加lock鎖CopyOnWrite 寫入時(shí)復(fù)制 COW 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一種策略：多個(gè)線程調(diào)用的時(shí)候，List讀取的時(shí)候固定不變，寫入的時(shí)候存在覆蓋問(wèn)題。

在寫入的時(shí)候避免覆蓋創(chuàng)造的數(shù)據(jù)問(wèn)題，復(fù)制一份給調(diào)用者，調(diào)用完畢返回。

并發(fā)包下set集合CopyOnWriteArraySet

1.List<String> list = Collections.synchronizedSet(new ArraySet<>());? //效率低

2.List<String> list = new CopyOnWriteArraySet<>(new ArraySet<>());? JUC里面的方法，add加lock鎖CopyOnWrite 寫入時(shí)復(fù)制 COW 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一種策略：

Queue

拋出異常是：NoSuchElementException

6.并發(fā)的三個(gè)輔助類

CountDownLatch 減法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)才向下執(zhí)行，否則await一直阻塞

CycliBarrier 加法計(jì)數(shù)器,達(dá)到指定記數(shù)值就會(huì)觸發(fā)下面流程

public class CyclicBarrierTest{

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsBrokenBarrierException,InterruptedException{

/*

CyclicBarrier 構(gòu)造器有兩個(gè)參數(shù)

1. int? 要計(jì)數(shù)到的值

2. Runnable 達(dá)到計(jì)數(shù)器之后要執(zhí)行的線程

*/

CyclicBarriercyclicBarrier=newCyclicBarrier(7,()->{

System.out.println("召喚神龍成功");

? ? ?? });

?

for(inti=1;i<=7;i++) {

finalinttemp=i;

// Lambda 能操作 i 嗎

newThread(()->{

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收集了:"+temp+"顆龍珠");

try{

cyclicBarrier.await();

}catch(InterruptedExceptione) {

e.printStackTrace();

}catch(BrokenBarrierExceptione) {

e.printStackTrace();

? ? ? ? ? ? ?? }

},String.valueOf(i)).start();

? ? ?? }

?? }

}

Semaphore sqmaphore.acquire() 假如線程已經(jīng)滿了，就等待有空為止.semaphore.release，

7.讀寫鎖

8.JMM

9.AQS

AbstractQueuedSynchronizer抽象隊(duì)列同步器簡(jiǎn)稱AQS

ReentrantLock，Semaphore，ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，F(xiàn)utureTask等等皆是基于AQS的。

ReentrantLcok 底層加鎖原理

ReentrantLcok 內(nèi)有個(gè)AQS對(duì)象，這個(gè)AQS中含有一個(gè)核心變量state,是int類型的，代表加鎖狀態(tài)，初始狀態(tài)是0，另外AQS還有一個(gè)關(guān)鍵變量，用來(lái)標(biāo)記當(dāng)前加鎖的是哪個(gè)線程，初始為null。

當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用lock(), 直接利用CAS將state從0變?yōu)?，1表示加鎖成功，然后再設(shè)置當(dāng)前加鎖線程就是自己。

ReenTrantLock 互斥實(shí)現(xiàn)原理：

線程2跑過(guò)來(lái)一下看到，state的值不是0啊?所以CAS操作將state從0變?yōu)?的過(guò)程會(huì)失敗，因?yàn)閟tate的值當(dāng)前為1，說(shuō)明已經(jīng)有人加鎖了!

線程2會(huì)將自己放入AQS中的一個(gè)等待隊(duì)列，因?yàn)樽约簢L試加鎖失敗了，此時(shí)就要將自己放入隊(duì)列中來(lái)等待，等待線程1釋放鎖之后，自己就可以重新嘗試加鎖了

AQS就是一個(gè)并發(fā)包的基礎(chǔ)組件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種鎖，各種同步組件的。

它包含了state變量、加鎖線程、等待隊(duì)列等并發(fā)中的核心組件。