3分钟速读原著《Java并发编程的艺术》(四)

第七章 Java中的13个原子操作类

Java从JDK1.5开始提供了Java.util.concurrent.atomic,这个包当中的原子操作类提供了一种用法简单,性能高效,线程安全的更新一个变量的方式

1.基本类型

• 1.1 AtomicBoolean:原子更新布尔类型
• 1.2 AtomicInteger:原子更新整型
• 1.3 AtomicLong:原子更新长整形

方法基本都一样,包含了加减乘除,都是 线程安全的

2.数组类型

• 2.1AtomicIntegerArray : 整形数组当中的元素
• 2.2 AtomicLongArray : Long类型数组
• 2.3 AtomicReferenceArray : 引用类型数组

备注:数组的value通过构造方法传递进去,然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份,所以当AtomicIntegerArray对内部数组元素进行修改时,不会影响传入的数组

3.原子更新引用类型

• 3.1 原子更新基本类型的AtomicInteger,只能更新一个变量,如果要原子更新多个变量,就需要使用这个原子更新引用类型提供的类
  • AtomicReference:原子更新引用类型
  • AtomicReferenceFieldUpdater:原子更新引用类型当中的字段
  • AtomicMarkableReference:原子更新带有标记位的引用类型
• 3.2 原子更新字段类
  • AtomicIntegerFieldUpdater : 原子隔音整形的字段的更新器
  • AtomicLongFieldUpdater : 原子更新长整型的更新器
  • AtomicStampedReference : 原子更新带有版本号的引用类型

第八章 Java中的并发工具类

1.等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作 需求场景:我们需要解析一个Excel里有多个sheet的数据,考虑使用多线程,每个线程解析一个sheet里的数据,等到所有的sheet都解析完成之后,程序需要提示解析完成,要 实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作,最简单的做法就是使用Join()方法

小结.Join的本质有点类似于插队,让其他线程都等着,必须要让这个Join的线程先把事情办完,才能执行其他的线程,其实现原理是不停的检查Join线程是否存活,如果Join线程存活则让当前线程永远等待,其中wait(0)表示的就是永远等待下去.

• 1.1 当Join线程终止值周,线程的this.notifyAll()方法会被调用,调用notifyAll()方法是在JVM当中实现的,所以在JDK当中断点是看不到的,可以通过查看JVM源码进行查看
• 1.2 在JDK1.5之后的并发包当中提供的CountDownLatch也可以实现Join功能,并且比Join功能更多
• 1.3 CountDownLatch的构造器可以传入一个int类型的参数作为计数器,如果想等待N个点完成,这里就传入N
• 1.4 假如某个解析sheet的线程处理的比较慢,我们不可能让主线程一直等待,所以可以使用另外一个带指定时间的await方法,这个方法等待了特定时间之后,就不会再阻塞当前线程

2.同步屏障CyclicBarrier

• 2.1 简单来说CyclicBarrier做的事情就是让一组线程到达一个屏障时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续运行
• 2.2 CyclicBarrier默认的构造方法可以传入一个int类型的参数,其参数表示屏障要拦截的线程数量,每个线程调用await方法高速CyclicBarrier我已经到达了屏障
• 2.3 应用场景:CyclicBarrier可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的场景.例如用一个Excel保存了用户所有银行流水,每个sheet保存一个账户近一年的每笔银行流水,现在需要统计用户的日均银行流水,先用多线程处理美格尔sheet的银行流水,都执行完之后,得到每个sheet的日均银行流水,最后,在用barrierAction用这些线程的计算结果,计算出整个Excel的日均银行流水

实现方式:使用线程池创建4个线程,分别计算每个sheet里的数据,每个sheet计算结果是sum,再有实现了CyclicBarrier的线程来尽心汇总4个sheet计算出的结果

3.CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

CountDownLatch的计数器只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法进行重置,所以相对而言,CyclicBarrier能够处理更为复杂的业务场景.例如,如果计算发生错误,可以重置计数器,并让线程重新执行一次

4.控制并发线程数的Semaphore

• 4.1 应用场景:可以用于流量控制.假如有一个需求,要读取很多数据,同时又有很多需要写入,就可以使用Semaphore来进行流量控制
• 4.2 Semaphore的构造器也是可以传入一个int类型的参数,该参数表示的是允许的最大并发数量

5.线程之间交换数据的Exchanger

• 5.1 Exchanger是一个用于线程之间协作的工具类,使用方式就是当线程A调用了exchange方法,那么它就会一直等待线程B也会性了exchange方法,当两个线程都达到了同步点时,这两个线程就可以开始交换数据了

如果两个线程有一个没有执行exchange()方法,则会一直等待,如果担心有特殊情况发生,避免一直等待,可以使用exchange()传入最大等待时长的参数

第9章 Java中的线程池

1.线程池的好处

• 1.1 降低资源消耗.通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗
• 1.2 提高响应速度.当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能够立即执行
• 1.3 提高线程的可管理性线程池可以对线程进行统一分配,调优和监控

2.线程池的实现原理

• 2.1 线程池判断核心线程池当中的线程是否都在执行任务.是则执行当前线程,否则下一步
• 2.2 线程池判断工作队列是否已满,未满则添加该任务到工作队列,已满则进入下一步
• 2.3 判断所有线程是否都处于工作状态,如果没有则创建一个新的工作线程来执行任务

3.ThreadPoolExecutor执行分成了4种情况

• 3.1 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(创建新线程需要获取全局锁)
• 3.2 如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue
• 3.3 如果队列已经满了,则创建新的线程来处理任务(创建新线程将获取全局锁)
• 3.4 如果创建新线程将使得当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将会被拒绝,并且调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法

在线程池的使用当中要尽可能的避免获取全局锁,大多数情况下,都会执行步骤2,该步骤是不需要获取全局锁的,全局锁可能会导致一个严重的可伸缩瓶颈,会导致整体的性能下降

4.工作线程

线程池创建线程时,会将线程封装成工作线程Worker,Worker在执行完任务后,还会循环获取工作队列当中的任务来进行执行

5.线程任务的执行

• 5.1 在execute()方法中创建一个线程时,会让这个线程执行当前任务
• 5.2 这个线程执行完任务之后,会反复的从BlockingQueue获取任务来执行

6.线程池的使用

• 6.1 线程池的创建:创建参数
  • ①CorePoolSize:线程池的基本大小
  • ②RunnableTaskQueue:任务队列,用于保存等待执行的任务的阻塞队列
    • a) ArrayBlockingQueue:基于数组结构的有界阻塞队列,按照FIFO原则排序
    • b) LinkedBlockingQueue:基于链表结构的阻塞队列,按照FIFO排序
    • c) SynchronousQueue:一个不储存元素的阻塞队列
    • d) PriorityBlockingQueue:具有优先级的无线阻塞队列
  • ③MaximumPooolSize:线程池的最大数量:线程池允许创建的最大线程数,这个数量应该等于线程池的基本大小+阻塞队列当中的线程池,但是如果使用的是无界的任务队列,那么这个参数就没有什么效果了
  • ④ThreadFactory:创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字
  • ⑤RejectedExectionHandler:饱和策略,当队列和线程池都已经满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务,有四种处理方式
    • a) AbortPolicy:直接抛出异常
    • b) CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务
    • c) DIscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务
    • d) DIscardPolicy:不处理,丢弃掉
  • ⑥饱和策略的其他实现方式:
    • a) KeepAliveTime:设置线程活动的保持时间,设置它可能会过期的时间,用于保证所有线程的活性
    • b) TimeUnit:线程活动保持时间的单位
• 6.2 向线程池提交任务
  • ①Execute():不需要返回值的任务
  • ②Submit():提交需要返回值的任务.线程池会返回一个future累心对象,这个future可以对象可以用于判断任务是否执行成功,并且可以通过future的get()方法来获取返回值
• 6.3 关闭线程池
  • ①Shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池.原理是便利线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程
  • ②只要调用了这两个关闭方法中的任意一个,isShutdown方法就会返回true.当所有任务关闭之后,才表示线程池已经关闭.此时isTerminaed方法会返回true.
• 6.4 合理的配置线程池
  • ①根据任务特性来分析线程池的配置
    • a) 任务的性质:CPU密集型/IO密集型任务/混合型任务
      • CPU密集型的任务配置应尽可能的小,假设CPU有N个,则配置N+1个
      • IO密集型任务线程并不是一直在执行任务,则应配置尽可能多的线程,假设CPU有N个,则配置2*N,混合型的任务
    • b) 任务优先级:高/中/低
    • c) 任务的执行时间:长/中/段
    • d) 任务的依赖性:是否依赖其他系统资源.例如数据库的连接
    • e) 执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理,或者可以使用优先级队列,让执行时间短的任务先执行
    • f) 依赖数据库连接池的任务,因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果,等待时间越长,则CPU空闲时间就越长,那么线程数应该设置的越大,这样才能更好的利用CPU
    • g) 建议使用有界队列,有界队列能增加系统的稳定性和预警能力,可以根据需要设置的大一点

备注:如果一直有优先级高的任务提交到队列当中,那么优先级低的任务将永远不会被执行

• 6.5 线程池的监控

如果在系统中大量使用线程池,则有必要对线程池进行监控,方便在出现问题的时候更方便找到问题所在,监控线程池时可以使用以下属性

• 6.5.1 TaskCount:线程池需要执行的任务数量
• 6.5.2 CompletedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的数量,限制小于等于taskCount
• 6.5.3 LargestPoolSize:线程池当中曾经创建过的最大的线程数量.通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过
• 6.5.4 GetPoolSize:线程池的线程数量.如果线程池不销毁的话,线程池的线程不会自动销毁,所以这个大小只曾不减少
• 6.5.5 GetActiveCount:获取活动的线程数

备注:通过拓展线程池来自定义线程池,重写线程池的beforeExecute,afterExecute和terminated方法,也可以在任务执行之前,执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控.这些方法在线程池当中都是空方法

第10章 Executor框架

背景介绍:在Java中,使用线程来异步执行任务.Java线程的创建与销毁需要一定的开销,如果我们为每一个任务都创建一个新的线程来执行,那么这些线程的创建与销毁将消耗大量的计算资源.同时,为每一个任务创建一个新的线程来执行,这种策略可能会处于高负荷状态的应用最终崩溃 Java的线程即是工作单元,也是执行机制.从JDK5开始,就已经把工作单元和执行机制分离开来.工作单元包括Runnable和Callable,而执行机制有Executor框架提供

1.Exevutor接口的实现类

• 1.1 ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类,用来被提交的任务
• 1.2 ScheduledThreadPoolExecutor 可以在给定的延迟后运行命令,或者定期执行命令

简而言之:执行线程需要去实现Runnable或者是Callable接口

2.3种ThreadPoolExector

• 2.1 FixedThreadPool:需要限制当前线程数量的应用场景,它使用于负载比较重的服务器
• 2.2 SingleThreadExector:适用于需要保证顺序的执行各个人物,并且在任意时间点,不会有多个线程是活动的应用场景
• 2.3 CachedThreadPool : 适用于执行很多的短期异步任务的小程序,或者是负载比较轻的服务器

3.2种ScheduledThreadPoolExecutoor

• 3.1 ScheduledThreadPoolExecutor :包含若干个线程的ScheduledThreadPoolExecutor
• 3.2 SinggleThreadScheduledExecutor : 只包含一个县城的ScheduledThreadPoolExecutor

4.Future接口

线程执行完成之后,会返回一个Future接口的实现类FutureTask用于返回执行的结果

备注:不管是Runnable接口还是Callable接口的实现类,都可以被ThreadPoolExecutor或者是Scheduled-ThreadPoolExector执行,它们之间的区别就是Runnbale接口不会返回结果,而Callable可以返回结果

5.线程池的3种类型

• 5.1 FixedThreadPool:可重用固定线程数的线程池,使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列
• 5.2 使用无界队列的影响:
  • ①当线程池中的线程数达到corePoolSize之后,新任务将在无界队列当中等待,因此线程池当中的线程数不会超过corePoolSize
  • ②使用无界队列时,maximumPoolSize将是一个无效参数
  • ③KeepAliveTime也将是一个无效参数
  • ④运行中的FixedThreadPool,即是未执行方法shutdown或者shutdownNow不会拒绝任务

6.ScheduledThreadPoolExecutor详解

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor.主要用于给定延迟之后运行任务,或者定期执行任务,功能跟Timer类似,单ScheduledThreadPoolExecutor功能更强大,它包含三个成员变量

• 6.1 Long类型的time,表示该任务将要被执行的具体时间
• 6.2 Long类型period 表示任务执行的间隔周期

7.FutureTask简介

FutureTask实现了Future接口和Runnable接口,包含三种状态

• 7.1 未启动.FutureTask.run()方法执行之前
• 7.2 已启动.FutureTask.run()方法执行过程中
• 7.3 已完成.FutureTask.run()方法执行完成之后
• 7.4 FutureTask.cancel方法的调用情况
  • ①未启动时调用,该任务永远不会被执行
  • ②启动时调用,会中断该线程
  • ③已完成时调用,会返回false,表示任务取消失败