??1.synchronized的優(yōu)化手段

??1.1鎖膨脹/升級(jí)

前面我們說(shuō)過(guò)synchronized關(guān)鍵字加的鎖既是輕量級(jí)鎖也是重量級(jí)鎖，它是根據(jù)實(shí)際情況自適應(yīng)加鎖的，這種自適應(yīng)是基于鎖膨脹或者說(shuō)是鎖升級(jí)這樣的優(yōu)化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

??鎖升級(jí)過(guò)程：

• 當(dāng)沒有線程加鎖的時(shí)候，此時(shí)為無(wú)鎖狀態(tài)。
• 當(dāng)首個(gè)線程進(jìn)行加鎖的時(shí)候，此時(shí)進(jìn)入偏向鎖的狀態(tài)，偏向鎖不是真的加鎖，而是在對(duì)象頭做個(gè)標(biāo)記而已，
• 當(dāng)有其他線程進(jìn)行加鎖，導(dǎo)致產(chǎn)生了鎖競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，此時(shí)進(jìn)入輕量級(jí)鎖狀態(tài)。

• 如果競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇，進(jìn)入重量級(jí)鎖狀態(tài)。

  
  
  image.png

像上面根據(jù)鎖競(jìng)爭(zhēng)的程度來(lái)逐步升級(jí)鎖的情況，就是鎖的膨脹或者稱為鎖的升級(jí)。

??1.2鎖粗化

所謂鎖粗化就是將synchronized的加鎖代碼塊范圍增大，加鎖的代碼塊中的內(nèi)容越多，鎖就越粗，否則鎖就越細(xì)。
一般我們認(rèn)為，鎖越細(xì)，多線程間的并發(fā)性越高，鎖越粗，加鎖解鎖的開銷就會(huì)更小。編譯器會(huì)對(duì)你加的鎖做一個(gè)優(yōu)化，如果編譯器判定加的鎖過(guò)細(xì)，就會(huì)自動(dòng)粗化，從而提高程序運(yùn)行效率。

??1.3鎖消除

有些代碼，編譯器認(rèn)為沒有加鎖的必要，就會(huì)自動(dòng)把你加的鎖自動(dòng)去除，像類似這樣的優(yōu)化，就是鎖消除。

??2.java中的JUC

java中的JUC就是來(lái)自java.util.concurrent包下的一些標(biāo)準(zhǔn)類或者接口，都是有關(guān)并發(fā)或者有關(guān)多線程的一些類和接口。

??2.1Callable接口

前面我們創(chuàng)建線程的時(shí)候，有兩種方式，一是繼承Thred類并重寫run方法來(lái)創(chuàng)建線程，二是通過(guò)Runnable接口來(lái)創(chuàng)建線程，除上述兩種方式，我們還可以通過(guò)Callable接口配合FutureTask類來(lái)創(chuàng)建線程，使用該方法創(chuàng)建線程能夠支持帶返回值的任務(wù)，而最開始的那兩種方法是不支持帶回返回值的。

其中通過(guò)實(shí)現(xiàn)Callable接口的call方法來(lái)描述帶有返回值的任務(wù)，FutureTask就是對(duì)于具體的Runnable或者Callable任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行取消、查詢是否完成、獲取返回值。必要時(shí)可以通過(guò)get方法獲取執(zhí)行結(jié)果（返回值），如果任務(wù)還沒有執(zhí)行完畢，該方法會(huì)阻塞直到任務(wù)返回結(jié)果。

在創(chuàng)建線程的時(shí)候，傳入的引用不能是Callable類型，而應(yīng)該是FutrueTask類型，根據(jù)Thread的構(gòu)造方法，傳入的任務(wù)類型需是Runnable類，Callable與Runnable沒有關(guān)系，而FutrueTask類實(shí)現(xiàn)了Runnable類，所以在此之前我們需要把實(shí)現(xiàn)Callable接口的對(duì)象引用傳給FutrueTask類的實(shí)例對(duì)象。 [圖片上傳中...(image-c0aaa5-1654604115299-4)]

image.png

綜上，Callable用來(lái)描述任務(wù)，FutureTask類用來(lái)管理Callable任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

image.png

比如，現(xiàn)在我們需要使用線程來(lái)計(jì)算一個(gè)值，并通過(guò)返回值的方式獲取執(zhí)行結(jié)果。

??參考代碼：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                return 100 * (1 + 100) / 2;
            }
        };

        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(callable);
        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start();

        //獲取執(zhí)行結(jié)果
        System.out.println(task.get());
    }
}

??運(yùn)行結(jié)果：

5050

Process finished with exit code 0

??2.2ReentrantLock類（可重入鎖）

ReentrantLock其實(shí)就是可重入鎖，使用方式是通過(guò)lock方法加鎖，unlock方法解鎖，注意加鎖和解鎖兩個(gè)過(guò)程是分開的，而synchronized關(guān)鍵字加鎖解鎖是一步到位的。

由于加鎖解鎖兩個(gè)操作是分開的，相比于加鎖解鎖一體化這就很容易造成死鎖問題，這是因?yàn)橐环矫婕渔i后容易忘記去解鎖，造成死鎖，另一方面加鎖后解鎖前中間的代碼萬(wàn)一出了問題，可能會(huì)導(dǎo)致解鎖無(wú)法正常執(zhí)行導(dǎo)致解鎖失敗，造成死鎖。
所以使用ReentrantLock類時(shí)，一般要搭配finally使用。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 
//dosomething
lock.lock();   
try {    
    // working    
} finally {    
    lock.unlock()    
}

??ReentrantLock類與synchronized關(guān)鍵字區(qū)別：

• ReentrantLock是一個(gè)java標(biāo)準(zhǔn)類，是使用java代碼實(shí)現(xiàn)的，synchronized是一個(gè)關(guān)鍵字，是基于JVM內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，是C/C++代碼。
• ReentrantLock需要手動(dòng)解鎖，需謹(jǐn)防忘記解鎖，而synchronized加鎖解鎖一體化，不需要手動(dòng)解鎖。
• 如果出現(xiàn)鎖競(jìng)爭(zhēng)，ReentrantLock競(jìng)爭(zhēng)失敗時(shí)可以阻塞等待，也可以通過(guò)trylock方法直接返回退出，而synchronized競(jìng)爭(zhēng)失敗時(shí)只能阻塞等待。
• ReentrantLock構(gòu)造實(shí)例對(duì)象時(shí)，可以指定fair參數(shù)來(lái)決定該鎖對(duì)象是公平鎖還非公平鎖，synchronized加的鎖是非公平鎖，不能指定為公平鎖。
• ReentrantLock類衍生出的等待機(jī)制是Condition類，synchronized關(guān)鍵字衍生的等待機(jī)制是wait/notify等待機(jī)制。

??2.3Semaphore類（信號(hào)量）

這個(gè)概念比較抽象，我們來(lái)打個(gè)比方，有個(gè)停車場(chǎng)，停車場(chǎng)門口有一個(gè)燈牌，會(huì)顯示停車位還剩余多少個(gè)，每進(jìn)去一輛車，顯示的停車位數(shù)量就減一，每出去一輛出，顯示的停車位數(shù)量就加一。

上面顯示停車位數(shù)量的燈牌其實(shí)就是信號(hào)量，信號(hào)量是一更加廣義的鎖，描述了可用資源的個(gè)數(shù)。
每次申請(qǐng)一個(gè)可用資源，信號(hào)量中的計(jì)數(shù)器就減一（P操作）。
每次釋放一個(gè)可用資源，信號(hào)量中的計(jì)數(shù)器就加一（V操作）。
當(dāng)可用資源數(shù)量為0時(shí)，再次進(jìn)行P操作，會(huì)陷入阻塞等待狀態(tài)。

鎖我們可以理解為“二元信號(hào)量”，因?yàn)橛?jì)數(shù)器的取值不是0就是1，它的可用資源就一個(gè)。

??Semaphore類的常用方法：

??代碼演示：

import java.util.concurrent.Semaphore;
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //構(gòu)造方法中的permits參數(shù)表示可用資源的個(gè)數(shù)
        Semaphore semaphore = new Semaphore(4);
        //每次使用一個(gè)可用資源，信號(hào)量就會(huì)減少1
        semaphore.acquire();
        System.out.println("申請(qǐng)成功");
        semaphore.acquire();
        System.out.println("申請(qǐng)成功");
        semaphore.acquire();
        System.out.println("申請(qǐng)成功");
        semaphore.acquire();
        System.out.println("申請(qǐng)成功");
        //此時(shí)可用資源為0，線程進(jìn)入阻塞，需要使用release方法釋放資源，線程才能繼續(xù)執(zhí)行
        semaphore.release();
        System.out.println("釋放成功");
        semaphore.acquire();
        System.out.println("申請(qǐng)成功");
    }
}
復(fù)制代碼

??執(zhí)行結(jié)果：

申請(qǐng)成功
申請(qǐng)成功
申請(qǐng)成功
申請(qǐng)成功
釋放成功
申請(qǐng)成功

Process finished with exit code 0

??2.4CountDownLatch同步工具類

CountDownLatch是一個(gè)同步工具類，它允許一個(gè)或多個(gè)線程一直等待，直到其他線程執(zhí)行完后再執(zhí)行。
打個(gè)比方，假設(shè)有一場(chǎng)跑步比賽，一個(gè)有5個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)員參賽，只有當(dāng)最后一個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)員沖過(guò)終點(diǎn)線時(shí)，裁判才能宣布比賽結(jié)束。

這里的運(yùn)動(dòng)員就相當(dāng)于線程，裁判就相當(dāng)于CountDownLatch類。

??CountDownLatch同步工具類常用方法：

??使用方式：

• 創(chuàng)建CountDownLatch對(duì)象，并初始化計(jì)數(shù)器的值。
• 在每個(gè)線程執(zhí)行的最后使用countDown方法，表示當(dāng)前線程執(zhí)行完畢，計(jì)數(shù)器的值減1。
• 在主線程中使用await方法，等待CountDownLatch對(duì)象的計(jì)數(shù)器清零，表示所管理的線程全部執(zhí)行完畢，起到線程同步的作用。

??參考代碼：

import java.util.concurrent.*;
public class Main {
    public static final int COUNT = 5;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(COUNT);

        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "任務(wù)執(zhí)行完畢！");
                    countDownLatch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            thread.start();
        }
        //等待計(jì)數(shù)器清零，清零前，線程處于阻塞等待狀態(tài)，清零后，即全部任務(wù)執(zhí)行完畢
        countDownLatch.await();
        System.out.println("任務(wù)全部完成！");
    }
}

這樣的場(chǎng)景在實(shí)際開發(fā)當(dāng)中，也是很常見的，比如要下載一個(gè)較大的文件的時(shí)候，常常將文件拆分，使用多線程并發(fā)下載。

而在這樣一個(gè)場(chǎng)景中，需要等待最后一個(gè)線程也下載完畢，才能說(shuō)整個(gè)文件下載完畢，也就是使用CountDownLatch對(duì)象進(jìn)行計(jì)數(shù)，等計(jì)數(shù)器清零了await方法就會(huì)返回，表示文件下載完成。

??2.5有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的線程安全類

??2.5.1多線程使用順序表

ArrayList在多線程中是線程不安全的，多線程環(huán)境中使用基于寫實(shí)拷貝實(shí)現(xiàn)的CopyOnWriteArrayList。

所謂寫實(shí)拷貝，就是寫的時(shí)候會(huì)創(chuàng)建一個(gè)副本，再副本上進(jìn)行修改，同時(shí)如果存在讀操作會(huì)在原文件數(shù)進(jìn)行查詢，等修改完畢后就會(huì)將副本“轉(zhuǎn)正”。

??2.5.2多線程使用隊(duì)列

??多線程情況下常常使用阻塞隊(duì)列：

1. ArrayBlockingQueue 基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列
2. LinkedBlockingQueue 基于鏈表實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列
3. PriorityBlockingQueue 基于堆實(shí)現(xiàn)的帶優(yōu)先級(jí)的阻塞隊(duì)列
4. TransferQueue 最多只包含一個(gè)元素的阻塞隊(duì)列

??2.5.3多線程使用哈希表

HashMap本身是線程不安全的，將HashMap中的重要方法使用synchornized加鎖后，就得到了HashTable類，雖然HashTable類是線程安全的，但是由于是對(duì)方法進(jìn)行無(wú)腦加鎖，本質(zhì)加鎖的對(duì)象是HashTable類的實(shí)例對(duì)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致鎖競(jìng)爭(zhēng)概率加大，就相當(dāng)于公司里所有的員工需要請(qǐng)假時(shí)都需要找老板簽字批準(zhǔn)，這樣會(huì)導(dǎo)致老板非常地忙，這個(gè)老板就相當(dāng)于加鎖的哈希表對(duì)象，最終會(huì)造成哈希表的效率下降。
!](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/28168001-faf8ed9196403ae5.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

為了解決這個(gè)問題，java提供了ConcurrentHashMap類，該類是基于哈希表中的每一個(gè)鏈表對(duì)象進(jìn)行加鎖，線程需要對(duì)哪個(gè)鏈表對(duì)象進(jìn)行操作，就在哪里加鎖，由于哈希表中鏈表數(shù)量很多，鏈表對(duì)象的元素個(gè)數(shù)較少，可以有效地降低鎖競(jìng)爭(zhēng)的概率，相當(dāng)于公司中的老板將權(quán)力下放給各個(gè)部門，員工請(qǐng)假時(shí)只需向所在的部門領(lǐng)導(dǎo)請(qǐng)假即可。

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到這里，Java多線程有關(guān)內(nèi)容基本上都介紹完畢