JUC（一）
1.什么是JUC？
1.1 概念
JUC就是java.util .concurrent等等工具包的简称，如下：
这是一个处理线程的工具包。
java.util.current 主讲并发相关的和Callable（[kənˈkʌrənt]）
java.util.current.atomic主讲 原子性（[əˈtɒmɪk]）
java.util.current.locks 主讲锁
1.2 注意点
idea坏境必须都要一致8版本的，
不然用lambda表达式等等java8新特性用不了。
1.3 题外话
1.线程和进程
进程就是一个程序
一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个!
2.Java默认有几个线程?
2个，mian（主线程）、 GC（垃圾回收机制）。
3.java真的可以开启线程吗？
》不可以
因为java 没有权限去开线程，
只能通过本地方法去调 thread.java里的private native void start0();，
去调底层的c++ ，
java无法直接操作硬件它是运行在虚拟机之上 。
4.并发和并行
并发(多线程操作同一个资源)》CPU单核
并发编程的本质: 充分利用CPU的资源
并行(多个人一起行走)》CPU多核
2.线程的几个状态
2.1 6个状态
Thread.State
public enum State {
//新生
NEW,
//运行
RUNNABLE,
//阻塞
BLOCKED,
//等待，死死地等
WAITING,
//超时等待，过时不候
TIMED_WAITING,
//终止
TERMINATED;
}
2.2 wait/sleep区别
1.来自不同的类
wait => Object
sleep => Thread
2.关于锁的释放
wait会释放锁, sleep睡觉了, 抱着锁睡觉,不会释放
3.使用的范围是不同的
wait必须在同步代码块中
sleep可以在任何地方睡
3.juc方式–Lock锁
3.1 传统synchronized
synchronized 本质：队列 ，锁
3.2 Lock接口
源码
Lock l = ...; l.lock();
try {
// access the resource protected by this lock
}
finally { l.unlock(); }
l.lock() 加锁
l.unlock() 解锁
接口的三个实现类
可重入锁（常用） ReentrantLock
读锁 ReentrantReadWriteLock.ReadLock
写锁 ReentrantReadWriteLock.WriteLock
Lock lock = new ReentrantLock();
ReentrantLock里面的源码
public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); }
默认是非公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
三元表达式：如果为true那就是公平锁，false即非公平锁
NonfairSync非公平锁
十分不公平：可以插队（默认）
FairSync公平锁
十分公平：可以先来后到
3.3 synchronized 和 Lock接口区别：
1.Synchronized内置的Java关键字 ，Lock 是一个Java类
2.Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lyock可以判断是否获取到了锁
3.Synchronized 会自动释放锁, lock必须要手动释放锁!如果不释放锁,死锁
4.Synchronized 线程1 (获得锁,阻塞)、线程2 (等待,傻傻的等) ;
Lock锁就不一定会等待下去;
lock.tryLock（） 尝试获取锁 等不到就结束了
5.Synchronized 可重 入锁,不可以中断的,非公平;
Lock ,可重入锁,可以判断锁,非公平(可以自己设置) ;
6.Synchronized 适 合锁少量的代码同步问题, Lock适合锁大量的同步代码!
Lock可以提高多个线程进行读操作的效率
3.4 代码
synchronized
public class Test01 {
public static void main(String[] args) {
//并发：多线程操作同一个资源类
Ticket ticket = new Ticket();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
//检40次票
},"A").start();
//匿名内部类使用lambda表达式
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"B").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 40; i++) {
ticket.sale();
}
},"C").start();
//一共有三个线程
}
}
//资源类 oop
class Ticket{
private int number = 30;
//卖票的方式
public synchronized void sale(){
if (number > 0 ){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--) + "票，剩余" + number);
}
}
}
Lock
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
Ticket2 ticket = new Ticket2();
new Thread(()->{ for (int i = 0; i < 40; i++) ticket.sale(); },"A").start();
new Thread(()->{ for (int i = 0; i < 40; i++) ticket.sale(); },"B").start();
new Thread(()->{ for (int i = 0; i < 40; i++) ticket.sale(); },"C").start();
}
}
class Ticket2{
private int number = 30;
Lock lock = new ReentrantLock();
public void sale(){
lock.lock();//加锁
try {
if (number > 0 ){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了" + (number--) + "票，剩余" + number);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();//解锁
}
}
}
4.生产者和消费者问题
4.1 多线程编程步骤：
第一步创建资源类,在资源类创建属性和操作方法
第二步在资源类操作方法(1)判断(2)干活(3)通知
第三步创建多个线程,调用资源类的操作方法
第四步：防止虚假唤醒问题
4.2 生产者和消费者问题Synchronized版 wait notify
线程之间的通信问题：
生产者和消费者问题！ 等待唤醒，通知唤醒
线程交替执行 A B 操作同一个变量 num=0
A num+1
B num-1
public class A {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();//+1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();//+1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"B").start();
}
}
class Data{
private int number = 0;
//+1
public synchronized void increment() throws InterruptedException {
if (number!=0){
this.wait(); //等待 会释放锁 别的线程抢
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
//通知其他线程，我+1完毕了
this.notifyAll();
}
//-1
public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
if (number==0){
this.wait(); //等待
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
//通知其他线程，我-1完毕了
this.notifyAll();
}
}
A=>1
B=>0
A=>1
B=>0
… 》一共执行20次
4.3 问题：虚假唤醒
问题存在，如果有ABCD 4个线程就会出现错误 ！（虚假唤醒）
wait的特点 ：在哪里睡，就在哪里醒
原因：
假设线程c之前等待了，但后来又被唤醒了
会往下走，if只判断一次，不会生效。
详细原因：
虚假唤醒，实质上是一次唤醒了所有线程，而CPU执行了本来不该被执行的线程，比如库存为0后，本想让CPU执行生产者线程，但是CPU却执行了另一个被唤醒的消费者，而该消费者没有重新去判断库存，直接进行消费。
解决方法：
使用while，在解除阻塞时，需要直到满足条件才会执行接下来的代码。
虚假唤醒(wait)的概念：
线程也可以唤醒，而不会被通知，中断或超时，即所谓的虛假唤醒。虽然这在实践中很少会发生 ,但应用程序必须通过测试应该使线程被唤醒的条件来防范，并且如果条件不满足则继续等待。换句话说， 等待应该总是出现在循环中。
synchronized (obj) {
while (<condition does not hold>)
obj.wait(timeout);
…// Perform action appropriate to condition
}
虚假唤醒就是当一个条件满足时，很多线程都被唤醒了，
但是只有其中部分是有用的唤醒，其它的唤醒都是无用功
》正确做法 if改为while判断
（1）if判断流水线状态为空时，线程被阻塞，
这时if判断就完成了，线程被唤醒后直接执行线程剩余操作
（2）while判断流水线状态为空时，线程被阻塞，
这时的while循环没有完成，线程被唤醒后会先进行while判断
4.4 JUC版的生产者和消费者问题
》通过Lock类找到Condition
Lock替换synchronized方法和语句的使用，
Condition取代了对象监视器方法的使用。
Condition就等价于 wait和notify，里面专属的是await和signal
第一版代码：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class B {
public static void main(String[] args) {
Data2 data = new Data2();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();//+1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();//-1
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"B").start();
//省略CD 线程
}
}
class Data2{
private int number = 0;
Lock lock = new ReentrantLock();//可重入锁
Condition condition = lock.newCondition();
//+1
public void increment() throws InterruptedException {
lock.lock();//上锁
try {
//业务代码 判断
while (number!=0){
condition.await(); //等待
}
//干活
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
//通知其他线程，我+1完毕了
condition.signalAll();//唤醒全部
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();//开锁
}
}
//-1
public void decrement() throws InterruptedException {
lock.lock();//上锁
try {
//业务代码
while (number==0){
condition.await(); //等待
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
//通知其他线程，我-1完毕了
condition.signalAll();//唤醒全部
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();//开锁
}
}
}
注意这个结果虽然可以了，但还是有问题
它是随机的状态生成 ，几个线程不规律
如何让他有序执行 先A 再B 再C 再D
4.5 定制化通信
解决方法： Condition精准的通知和唤醒线程
给每个线程定义一个标识位，来完成定制化通信
第二版代码
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//A 执行完 调 B，B 执行完 调 C，C 执行完 调 A
public class C {
public static void main(String[] args) {
Data3 data = new Data3();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
data.printA();
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
data.printB();
}
},"B").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
data.printC();
}
},"C").start();
}
}
class Data3{
private Lock lock = new ReentrantLock();//锁
private Condition condition1 = lock.newCondition();//同步监视器
private Condition condition2 = lock.newCondition();//同步监视器
private Condition condition3 = lock.newCondition();//同步监视器
//通过condition多个监视器来精确的通知执行访问顺序
private int number = 1;//1》A 2》B 3》C 判断的类
public void printA(){
lock.lock();
try {//业务，判断-》执行-》通知
while (number!=1){
condition1.await();//等待
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>AAA");
//唤醒，唤醒指定的人，B
number = 2;
condition2.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void printB(){
lock.lock();
try {//业务，判断-》执行-》通知
while (number!=2){
condition2.await();//等待
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>BBB");
//唤醒，唤醒指定的人，C
number = 3;
condition3.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void printC(){
lock.lock();
try {//业务，判断-》执行-》通知
while (number!=3){
condition3.await();//等待
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>CCC");
//唤醒，唤醒指定的人，A
number = 1;
condition1.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
A=>AAA
B=>BBB
C=>CCC
。。。
5. 8锁现象
如何判断锁的是谁!是否是同一把锁，锁的范围
对象、Class
8锁，关于锁的8个问题
5.1 标准情况下，两个线程先打印发短信还是打电话?
》1/发短信 2/打电话
5.2 send延迟4秒，两个线程先打印发短信还是打电话?
》1/发短信 2/打电话
总结：
这边synchronized 锁的是当前的对象（this）
》调用send方法时，把当前对象锁住了，
call方法只能等待，结束之后才能调用
》因为是对象锁，一个对象只有一把锁，是同一把锁
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Phone phone = new Phone();
//并不是因为A先执行的，而是有锁的存在
new Thread(()->{
try {
phone.send();
} catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
},"A").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
//等价于 Thread.sleep(1000)
//start方法什么时候创建不确定，所以加sleep,因为调了sleep,所以一定是唯一的值
new Thread(()->{
phone.call();
},"B").start();
}
}
class Phone{
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
// 两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁执行!
public synchronized void send() throws Exception {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);//延迟4秒
System.out.println("发短信");
}
public synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); }
}
5.3 增加了一个普通方法后! 先执行发短信还是Hello
》1/hello 2/发短信
总结：
hello就是个普通方法和锁无关 所以先执行
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Phone2 phone = new Phone2();
new Thread(()->{
try {
phone.send();
} catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
},"A").start();
//锁的存在
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(()->{
phone.hello();
},"B").start();
}
}
class Phone2{
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
public synchronized void send() throws Exception {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);//延迟4秒
System.out.println("发短信");
}
//这里没有锁!不是同步方法，不受锁的影响
public void hello(){ System.out.println("hello"); }
}
5.4 两个对象，两个同步方法， 发短信还是打电话?
》1/打电话 2/发短信
总结：
不是同一把锁 因为send方法等了四秒所以晚输出
和上厕所一样各上各的
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//两个对象 两个调用者 两个锁 按时间来的
Phone3 phone1 = new Phone3();
Phone3 phone2 = new Phone3();
new Thread(()->{
try {
phone1.send();
} catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
},"A").start();
//锁的存在
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(()->{
phone2.call();
},"B").start();
}
}
class Phone3{
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
public synchronized void send() throws Exception {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);//延迟4秒
System.out.println("发短信");
}
public synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); }
}
5.5 增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打印发短信?打电话?
》1/发短信 2/打电话
5.6 两个对象!增加两个静态的同步方法，先打印发短信?打电话?
》1/发短信 2/打电话
总结：
锁的是当前类的Class对象（字节码）
》顺序是因为static 不能说一定是synchronized
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test4 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//两个对象的Class类模板只有一个,static, 锁的是CLass
Phone4 phone1 = new Phone4();
Phone4 phone2 = new Phone4();
new Thread(()->{
try {
phone1.send();
} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
},"A").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(()->{
phone2.call();
},"B").start();
}
}
// Phone4唯一的一个 Class对象
class Phone4{
// synchronized 锁的对象是方法的调用者!
// static 静态方法
//类一加载就有了!锁的是Class class模板
public static synchronized void send() throws InterruptedException {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);//延迟4秒
System.out.println("发短信");
}
public static synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); }
}
5.7 1个静态的同步方法，1个普通的同步方法，一个对象，先打印发短信?打电话?
》1/打电话2/发短信
5.8 1个静态的同步方法，1个普通的同步方法，两个对象，先打印发短信?打电话?
》1/打电话2/发短信
总结：
1.不是同一把锁
》两个方法用的不是同一个锁 不需要去等待 最快最先
2.synchronized对象锁，就是看对象是不是同一个
是的话谁在前面先拿到锁 谁就先执行里面的内容
3.如果有static修饰方法，都是代表class类对象，
即谁先拿到锁谁先执行内容
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test5 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
///两个对象的Class类模板只有一个,static, 锁的是CLass
Phone5 phone1 = new Phone5();
Phone5 phone2 = new Phone5();
new Thread(()->{
try {
phone1.send();
} catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
},"A").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(()->{
phone2.call();
},"B").start();
}
}
class Phone5{
// 静态的同步方法 锁的是Class类模板
public static synchronized void send() throws Exception {
TimeUnit.SECONDS.sleep(4);//延迟4秒
System.out.println("发短信");
}
//普通的同步方法 锁的调用者
public synchronized void call(){ System.out.println("打电话"); }
}
5.9 synchronized实现同步的基础
Java中的每一个对象都可以作为锁。
具体为以下3种形式：
对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。
对于同步方法块，锁是Synchonized括号里配置的对象
6.集合类不安全
只要在并发下，用默认的集合，在集合里面都会出现这个错
java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
6.1 List CopyOnWriteArrayList
解决方法：
1.List<string> list = new Vector<>(); vector默认就是安全的，里面有Synchronized
但这个太老了，一般不用
2.List<string> list = collections.synchronizedList(new ArrayList<>())；(工具类)
用工具类让它变得安全
3.List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); JUC解决方案 更牛逼
CopyOnWrite 》写入时复制 简称Cow，它是计算机程序设计领域的一种优化策略;
注意：
多个线程调用的时候，list是唯一的，读取的时候是固定的，但写入的时候会存在覆盖的行为，在写入的时候避免覆盖，造成数据问题! 所以需要用到CopyOnWrite，写入的时候复制一份，写完在插进去
CopyOnWriteArrayList 比 Vector 好在哪里？
Vector 用到 Synchronized 性能比较低
而前者用到了lock锁，效率和性能更高
代码：
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
List<String> list= new CopyOnWriteArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
//10个线程去调用
new Thread(()->{
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));//生成随机字符串
System.out.println(list);
},String.valueOf(i)).start();
//String.valueOf(int i) : 将 int 变量 i 转换成字符串
}
}
}
结果：（随机）
6.2 Set CopyOnWriteArraySet
用HashSet<String> set = new HashSet<>();可能就会报错。
解决方法：
1.Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
2. Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
public class SetList {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(()->{
set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));//生成随机字符串
System.out.println(set);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
题外话：
hashSet底层是什么？
public HashSet() { map = new HashMap<>(); }
public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }
private static final Object PRESENT = new Object();//PRESENT是不变的值
6.3 Map ConcurrentHashMap
底层代码：
默认初始容量为16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 写成了位运算
最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
默认的加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
Map<String, String> map = new HashMap<>();
默认等价于》 new HashMap<>(16,0.75);
解决方法：
1.Map<String, Object> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
2.Map<String, Object> map = new ConcurrentHashMap<>();
代码：
import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class MapList {
public static void main(String[] args) {
Map<String, Object> map = new ConcurrentHashMap<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(()->{
map.put(Thread.currentThread().getName(),UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));//生成随机字符串
System.out.println(map);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
7.Callable
7.1 与Runnable的区别
1.可以有返回值
2.可以抛出异常
3.方法不同，run()/call()
4. Runnable效率比Callable相对较低，用Callable更多
7.2 Callable怎么启动
Thread的实现接口是Runnable，所以只能接收它
Runnable有个实现类FutureTask，它就和Callable有关系。
FutureTask里面有个构造方法，里面的参数是Callable
最终：Callable通过FutureTask，可以调用Thread
Callable是无法直接启动的，那么怎么启动呢？
new Thread(new Runnable()).start();
等价于 new Thread(new FutureTask<V>()).start();
所以new Thread(new FutureTask<V>(Callable)).start();
7.3 代码
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//怎么启动Callable
MyThread thread = new MyThread();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(thread);//适配类
new Thread(futureTask,"A").start();
new Thread(futureTask,"B").start();
//结果会被缓存，效率高 有两个线程但结果只有一个
Integer o = futureTask.get();//获取Callable的返回结果
//上面的get方法需要等待结果返回 如果下面的方法是个耗时的操作，
//那么就可能会产生阻塞，所以最好写在最后，或者使用异步通信来处理
System.out.println(o);
}
}
class MyThread implements Callable<Integer>{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("call()");
return 1024;
}
}
结果：
call()
1024
注意点：
1.有缓存
2.结果可能需要等待，会阻塞。
