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JUC并发编程-B站【狂神说Java笔记】

非凡兔 2022-01-06 阅读 93
javamaven开发语言

狂神视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1B7411L7tE

准备工作

  1. 新建一个Maven项目，引入一个lombok依赖.
 <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.18.8</version>
        </dependency>
    </dependencies>
  1. 项目配置
    JDK8
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  2. 下载JDK帮助文档

1. 什么是JUC

Java.util.concurrent
在这里插入图片描述

2. 线程和进程

进程：一个程序，QQ.exe Music.exe 程序的集合；
一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个！
Java默认有几个线程？ 2 个 ：mian、GC。

线程：开了一个进程 Typora，写字，自动保存（线程负责的）。

2.1 Java 真的可以开启线程吗？

java是开不了线程的

new Thread().start();

public synchronized void start() {
        /**
         * This method is not invoked for the main method thread or "system"
         * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
         * to this method in the future may have to also be added to the VM.
         *
         * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }
	//调用本地方法，底层的C++，JAVA无法直接操作硬件
    private native void start0();

首先。start()是一个synchronized方法，同步方法，安全，这个方法会把当前线程加入一个线程组，调用了start0()方法，这个start0()是用native修饰的，也就是本地方法。所以最后是调用了本地方法，JAVA是没有权限开启线程的。start()调用了本地的C++方法，因为java是运行在虚拟机之上的，无法直接操作硬件。

2.2 并发、并行

并发编程：并发，并行
并发：多个线程操作同一个资源

  • 并发：cpu只有一个核：多线程操作同一个资源（cpu通过线程间的快速交替，模拟出来多条线程，看似并行，实际串行）
  • 并行：cpu有多个核，多个线程可以同时执行,可以通过线程池完成
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //获取CPU核数
        //CPU 密集型，IO密集型
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    }
}

并发编程的本质：充分利用CPU的资源

2.3 线程状态

public enum State {
        //新生
        NEW,

        //运行
        RUNNABLE,

       //阻塞
        BLOCKED,

        //等待（死死的等）
        WAITING,

        //超时等待（到期就不等了）
        TIMED_WAITING,

       //终止
        TERMINATED;
    }

2.4 wait/sleep区别

  1. 来自不同的类
    wait()来自Object类，sleep()来自Thread类
  2. 关于锁的释放
    wait()会释放锁，sleep()不会释放锁，可以理解为抱着锁睡觉
  3. 使用范围不同
    wait()只能在同步代码块中使用，sleep()可以在任何地方使用
  4. 是否需要捕获异常
    wait()不需要捕获异常，sleep(）必须要捕获异常

3. LOCL锁（重点）

3.1 传统的synchronized锁

在公司真正的多线程开发中，线程就是一个单独的资源类，没有任何附属的操作（类中只有属性和方法），为了降低耦合性，不会用类去实现接口，因为实现类接口就不是OOP编程了，而且实现了接口的话耦合性变高，如果让类实现了Runnable,这个类就只是一个线程类了

如下代码，只是把Ticket作为了资源类，并没有让它实现Runnable接口

/**
 * 真正的多线程开发，公司中的开发，降低耦合性
 * 线程就是一个单独的资源类，没有认合附属操作
 * 1. 属性，方法
*/
//基本的卖票例子
public class SaleTicket01 {
    public static void main(String[] args) {
        //多线程操作
        //并发：多个线程操作同一个资源类,把资源类丢入线程
        Ticket ticket = new Ticket();

        // @FunctionalInterface 函数式接口，JDK1.8 Lambda表达式
        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();
    }
}

//资源类 OOP编程
class Ticket {
    //属性，方法

    //票数
    private int num = 30;

    //卖票方式
    // synchronized 本质：队列，锁
    public synchronized void sale() {
        if (num > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了第"+(num--)+"张票，剩余："+num);
        }
    }
}

3.2 Lock锁

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
公平锁：十分公平，先来后到，排队
非公平锁：不公平，可以插队
（默认是非公平锁，是为了公平，比如一个线程要3s，另一个线程要3h，难道一定要让3h的锁先来就先执行吗）

public class SaleTicket02 {
    public static void main(String[] args) {
        //并发：多个线程操作同一个资源类,把资源类丢入线程
        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();
    }
}

//lock三部曲
// 1. new ReentrantLock()
// 2. lock.lock(); //加锁
// 3. finally => lock.unlock(); //解锁
class Ticket2 {
    //属性，方法
    private int num = 30;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sale() {
        lock.lock(); //加锁

        try {
            // 业务代码
            if (num > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了第"+(num--)+"张票，剩余："+num);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock(); //解锁
        }
    }
}

3.3 Synchronized和Lock锁的区别

  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，Lock：可以判断是否获取了锁
  3. Synchronized：会自动释放锁，Lock：必须要手动释放锁，如果不释放锁，会死锁
  4. Synchronized：线程1（获得锁，阻塞），线程2（等待，傻傻的等），Lock：Lock锁不一定会等待，Lock有一个方法Lock.tryLock();会去尝试获取锁
  5. Synchronized：可重入锁，不可以在中断，非公平， Lock：可重入，可以判断锁，可以设置公平或者非公平
  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

4. 生产者消费者问题

4.1 synchronized版

/**
 * 线程之间的通信问题：生产者消费者问题
 * 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();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();
    }
}

//判断等待，业务，通知
class Data{ //数字，资源类
    private int num = 0;

    // +1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        if (num != 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
        //通知其他线程，我+1完了
        this.notifyAll();
    }

    // -1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        if (num == 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
        //通知其他线程，我-1完了
        this.notifyAll();
    }
}

synchronized版本存在的问题
如果增加两个线程，即两个线程加，两个线程减，得到如下结果，并不能1,0交替，而且出现了2,3

new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"C").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"D").start();

在这里插入图片描述
问题原因分析
看jdk1.8的官方文档，找到Object类的wait(）方法

         while (<condition does not hold>)
             obj.wait(timeout);
         ... // Perform action appropriate to condition
     }  ```

结论
就是用if判断的话，唤醒后线程会从wait之后的代码开始运行，不会重新判断if条件，直接继续运行if代码块之后的代码，而如果使用while的话，也会从wait之后的代码运行，但是唤醒后会重新判断循环条件，如果不成立再执行while代码块之后的代码块，成立的话继续wait。

解决方法
把if判断改成while判断等待，因为if判断进if之后不会停，用while判断的话，变量一旦被修改，另外一个线程拿到锁之后，就会等待，防止虚假唤醒。

public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while (num != 0) {
            //等待
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
        //通知其他线程，我+1完了
        this.notifyAll();
    }

在这里插入图片描述

4.2 JUC版（lock锁）

在这里插入图片描述

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();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"C").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"D").start();
    }
}

class Data2{
    private int num = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();

    // +1
    public void increment() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (num != 0) {
                //等待
                condition.await();
            }
            num++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
            //通知其他线程，我+1完了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // -1
    public void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (num == 0) {
                //等待
                condition.await();
            }
            num--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
            //通知其他线程，我-1完了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

Condition 精准的通知和唤醒线程

//A执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用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();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int num = 1; //1A 2B 3C

    public void printA() {
        lock.lock();
        try {
            //业务：判断-执行-通知
            while (num != 1){
                //等待
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAA");
            //唤醒，唤醒指定的人，B
            num = 2;
            condition2.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void printB() {
        lock.lock();
        try {
            //业务：判断-执行-通知
            while (num != 2){
                //等待
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBB");
            //唤醒，唤醒指定的人，B
            num = 3;
            condition3.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void printC() {
        lock.lock();
        try {
            //业务：判断-执行-通知
            while (num != 3){
                //等待
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>CCCCC");
            //唤醒，唤醒指定的人，B
            num = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在这里插入图片描述

5. 八锁

锁是什么，如何判断锁的是谁？
8锁，就是关于锁的8个问题

  • 问题1：标准情况下，先发短信，还是先打电话？
/*
 问题1：标准情况下，先打印发短信，还是先打印打电话？结果是：先打印发短信，后打印打电话
 原因：不能回答先调用A线程，这是错误的，不是先调用先执行，这是锁的问题，因为被Synchronized修饰的
 方法，锁的对象是方法的调用者,所以调用两个方法的对象都是phone,但是现在phone只有一个，也就是说着两个方
 法现在用的是同一把锁，谁先拿到，谁就先执行
*/
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone = new phone();
        new Thread(()->{ phone.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone.call(); },"B").start();
    }
}

class phone{
    //synchronized 锁的对象是方法的调用者
    public synchronized void sendSms() {
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized  void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

结果：先打印发短信，后打印打电话

  • 问题2：给发短信方法加延时4s，程序的执行情况
public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

结果：经过4s之后打印发短信，然后立马打印打电话。
如果把主函数中延时改为5s，那么程序运行情况是经过4s打印发送短信，然后经过1s打印打电话（主程序的延时是同时进行的）

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone = new phone();
        new Thread(()->{ phone.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone.call(); },"B").start();
    }
}
  • 问题3：当调用普通方法，而不是synchronized方法时，程序的执行情况
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone = new phone();
        new Thread(()->{ phone.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone.sayHello(); },"B").start();
    }
}

class phone{
    //synchronized 锁的对象是方法的调用者
    public synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }
    public synchronized  void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
    public  void sayHello()
    {
        System.out.println("hello");
    }
}

结果：1秒先打印Hello，4秒后打印发短信
先执行普通方法，因为普通方法没有锁，不受锁的影响

  • 问题4：两个对象分别调用synchronized方法时，程序的执行情况
public static void main(String[] args) {
		//两个对象，两个调用者，两把锁
        phone phone1 = new phone();
        phone phone2 = new phone();

        new Thread(()->{ phone1.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone2.call(); },"B").start();
    }

结果：先打电话，后发短信。
两个对象，两个调用者，两把锁，因为锁不一样，所以耗时短的先输出。

  • 问题5：增加两个静态的同步方法，只有一个对象，程序的执行情况
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone = new phone();

        new Thread(()->{ phone.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone.call(); },"B").start();
    }
}

class phone{
    //static 静态方法，类一加载就有了，锁的是Class
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }
    public static synchronized  void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

结果：先发短信，后打电话。

  • 问题6：两个静态的同步方法，两个对象，程序的执行情况
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone1 = new phone();
        phone phone2 = new phone();

        new Thread(()->{ phone1.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone2.call(); },"B").start();
    }
}

结果：先发短信，后打电话。
两个对象的Class模板只有一个，static锁的是Class

  • 问题7：一个静态同步方法，一个普通同步方法，只有一个对象，程序的执行情况
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        phone phone = new phone();

        new Thread(()->{ phone.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone.call(); },"B").start();
    }
}

class phone{
    //静态同步方法，锁的是Class模板
    public static synchronized void sendSms() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }

    //普通同步方法，锁的是调用者，不需要去等待锁
    public synchronized void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

结果：先打电话，后发短信。
不是同一个锁，锁调用者的不需要等待，锁Class的要等待

  • 问题8：一个静态同步方法，一个普通同步方法，两个对象，程序的执行情况
public static void main(String[] args) {
        phone phone1 = new phone();
        phone phone2 = new phone();

        new Thread(()->{ phone1.sendSms(); },"A").start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{ phone2.call(); },"B").start();
    }

结果：先打电话，后发短信。
两个锁，还是锁的对象不一样

小结
普通同步方法：(new this) 锁的是调用者，是一个具体的对象
静态同步方法：(static Class) 锁的是Class模板，是唯一的

6. 集合类不安全

6.1 List不安全

CopyOnWriteArrayList

  • Arrarlist测试（单线程）
public class ListTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3");
        list.forEach(System.out::println);
    }
}
  • 多线程下ArrayList还安全吗？
    现在我们创建10个线程来向List添加元素
public class ListTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
            //UUID（Universally Unique Identifier）：通用唯一识别码，是一种软件建构的标准.UUID是指在一台机器上生成的数字，它保证对在同一时空中的所有机器都是唯一的
            //String.valueOf(i),给10个线程分别取名字
        }
    }
}

在这里插入图片描述

  • 并发下 ArrayList 不安全的解决方案

    • List list = new Vector<>(); //vector默认是安全的（是同步方法）
    • List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>)； //工具类
    • List list = new CopyOnWriteArrayList<>()；//CopyOnWrite，写入时复制，COW，计算机程序设计领域的一种优化策略
      多个线程调用的时候，list，读取的时候 固定的，写入（覆盖）
      在写入的时候避免覆盖，造成数据问题！
      读写分离（写入的时候复制一个数组出来，写入完之后再插入进去，保证线程安全）

  • CopyOnWriteArrayList 比 Vector 好在哪里？
    Vector的add方法有Synchronized修饰（看源码），有Synchronized修饰的方法，效率都比较低
    CopyOnWriteArrayList—— add源码
    在这里插入图片描述

6.2 Set不安全

public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        // Set<String> set = new HashSet<>(); //ConcurrentModificationException
        // Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 1; i <= 30; i++) {
            new Thread(()->{
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

HashSet的底层是什么？

public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
   
//add set本质就是map,key是无法重复的
public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

private static final Object PRESENT = new Object(); //PRESENT 不变的值

6.2 Map不安全

HashMap<Object, Object> map = new HashMap<>();

问题1：Map是这样用的吗？
答：工作中不这样用

问题2：map默认等价于什么
其中16是初始容量，0.75是加载因子

HashMap<Object, Object> map1 = new HashMap<>(16,0.75);

在这里插入图片描述

public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // HashMap<Object, Object> map = new HashMap<>(); //ConcurrentModificationException
        // HashMap<Object, Object> map = (HashMap<Object, Object>) Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
        Map<Object, Object> map = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(),UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(map);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

7. Callable

官方文档：Callable接口类似于Runnable ，因为它们都是为其实例可能由另一个线程执行的类设计的。 然而， Runnable不返回结果，也不能抛出被检查的异常。

  1. 可以有返回值
  2. 可以抛出异常
  3. 方法不同，run() / call()

根据底层源码

public Thread() {
        init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }

Thread 只能接受Runnable类型的参数，不能接受Callable类型的参数
但是，Runnable有一个实现类：Class FutureTask
在这里插入图片描述
FutureTask可以接受Callable类型的参数

public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //new Thread(new Runnable()).start();
        //new Thread(new FutureTask<V>()).start();
        //new Thread(new FutureTask<V>(Callable)).start();
        new Thread().start(); //怎么启动callable

        MyThread myThread = new MyThread();
        FutureTask futureTask = new FutureTask<>(myThread); //适配类

        new Thread(futureTask,"A").start();

        Object o = futureTask.get(); //获取Callable的返回结果，get方法可能会产生阻塞，一般放到最后，或者使用异步通信
        System.out.println(o);
    }
}

class MyThread implements Callable<String>{

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("call()");
        return "aaa";
    }
}

问题：如果new两个线程会打印几个call()?
答案：一个
分析：结果会被缓存，效率高

8. 常用的辅助类(必会)

8.1 CountDownLatch（减法计数器）

在这里插入图片描述

//计数器
public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //总数是6，必须要在执行任务的时候，再使用
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" go out");
                countDownLatch.countDown(); //数量-1
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch.await(); //等待计数器归零，再向下执行
        System.out.println("Close door");
    }
}

原理：
countDownLatch.countDown(); // 数量-1
countDownLatch.await(); // 等待计数器归零，然后再向下执行
每次有线程调用 countDown() 数量-1，假设计数器变为0，countDownLatch.await() 就会被唤醒，继续执行！
如果 countDown()没有减到0，后面的程序是不会执行的

8.2 CylicBarrier（加法计数器）

在这里插入图片描述

public class CylicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //集齐7颗龙珠召唤神龙
        //召唤龙珠的线程
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> {
            System.out.println("召唤神龙成功");
        });
        for (int i = 1; i <= 7; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                //lambda表达式获取不到i
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收集了"+temp+"颗龙珠");
                try {
                    cyclicBarrier.await(); //等待
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

8.3 Semaphore(信号量)

在这里插入图片描述

//模拟停车，假设现在有6辆车，但是只有3个停车位
//在有限的情况下使其有秩序，限流的时候可以使用
public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //线程数量：停车位
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            new Thread(()->{
                // acquire() 得到
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到车位");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"离开车位");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release(); // release() 释放
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

原理：
semaphore.acquire()：获得，假设如果已经满了，等待，等待被释放为止！
semaphore.release()：释放，会将当前的信号量释放 + 1，然后唤醒等待的线程！
作用： 多个共享资源互斥的使用！并发限流，控制最大的线程数！

9. 读写锁ReadWriteLock

读的时候可以被多线程同时读，写的时候只能有一个线程去写。

独占锁（写锁）：一次只能被一个线程占有
共享锁（读锁）：可以被多个线程同时占有
读-读：可以共存
读-写：不能共存
写-写：不能共存

public class ReadWriteLockTest {
    public static void main(String[] args) {
        //MyCache myCache = new MyCache();
        MyCacheLock myCache = new MyCacheLock();

        //写入
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                myCache.put(temp+"",temp+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        //读取
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                myCache.get(temp+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

//加锁的
class MyCacheLock{
    private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();

    //读写锁（更加细粒度的控制）
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    //存 写入的时候，只希望同时只有一个线程在写
    public void put(String key, Object value){
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入成功");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    //读 取，所有人可以读
    public void get(String key){
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
            Object o = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取成功");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }
}

//自定义缓存
class MyCache{
    private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();

    //存 写
    public void put(String key, Object value){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
        map.put(key,value);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入成功");
    }

    //读 取
    public void get(String key){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
        Object o = map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取成功");
    }
}

10. 阻塞队列

写入：如果队列满了，就必须阻塞等待
读取：如果队列是空的，必须阻塞等待生产
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

BlockingQueue
在这里插入图片描述

什么情况会使用阻塞队列？
多线程（A调用B，必须等B先执行，B没有执行完，A就会挂起或者等待）
线程池（出了弹性大小之外，一般会用一个队列去维护里面的大小）

学会使用队列
添加，移除

四组API
在这里插入图片描述

  1. 抛出异常
public class BqTest {
    public static void main(String[] args) {
        test1();
    }

    // 1. 抛出异常
    public static void test1(){
        //队列大小
        ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("a"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("b"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("c"));

        //java.lang.IllegalStateException: Queue full 抛出异常
        //System.out.println(arrayBlockingQueue.add("d"));

        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());

        //java.util.NoSuchElementException
        //System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
    }
}
  1. 不会抛出异常
// 2. 有返回值，不抛出异常
    public static void test2(){
        ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("c"));

        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("d")); //false 不抛出异常

        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll()); //null 不抛出异常
    }
  1. 阻塞等待
// 3. 等待，阻塞（一直阻塞）
    public static void test3() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        arrayBlockingQueue.put("a");
        arrayBlockingQueue.put("b");
        arrayBlockingQueue.put("c");
        //arrayBlockingQueue.put("d"); //队列没有位置，一直阻塞

        System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
        //System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); //没有这个元素，一直阻塞
    }
  1. 超时等待
// 4. 等待，阻塞（等待超时）
    public static void test4() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("c"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("d", 2, TimeUnit.SECONDS)); //等待超过2秒就退出

        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS)); //等待超过2秒就退出
    }
  • 同步队列
    • 没有容量，进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素。
    • 和其他的BlockingQueue 不一样， SynchronousQueue 不存储元素
    • put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能在put进去值！
public class SynchronousQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>();//同步队列

        new Thread(()->{
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 1");
                synchronousQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 2");
                synchronousQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 3");
                synchronousQueue.put("3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T1").start();

        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" take "+synchronousQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" take "+synchronousQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" take "+synchronousQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T2").start();
    }
}

11. 线程池

  • 池化技术
    • 程序运行的本质：占用系统资源，为了优化资源的使用，引入了池化技术
    • 比如线程池、连接池。内存池、对象池
    • 池化技术：事先准备好一些资源，有人要用，就来拿，用完就归还。

线程池的好处：

  1. 降低资源消耗
  2. 提高响应速度
  3. 方便管理线程

线程可以复用，可以控制最大并发数，管理线程

线程池重点核心：三大方法， 7大参数， 4种拒绝策略

11. 1 三大方法

//Executors 工具类 3大方法
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();// 单个线程
        //ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);// 创建一个固定的线程池的大小
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 可伸缩的

        try {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                // 使用线程池创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，线程池要关闭
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

11.2 7大参数

源码分析

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

本质：new ThreadPoolExecutor()

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心线程池大小
                              int maximumPoolSize, //最大核心线程池大小
                              long keepAliveTime, //超时了没有人调用就会释放
                              TimeUnit unit, //超时单位
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, //阻塞队列
                              ThreadFactory threadFactory, //线程工厂，创建线程的，一般不用动
                              RejectedExecutionHandler handler) { //拒绝策略
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

在这里插入图片描述

11.3 4种拒绝策略

在这里插入图片描述
四种拒绝策略：
在这里插入图片描述

  1. new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() //银行满了，但是还有人进来，不处理这个人的，抛出异常
  2. new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //哪来的去哪里 （main线程执行）
  3. new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() //队列满了，丢掉任务，不会抛出异常
  4. new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() //队列满了，尝试去和最早的竞争，不会抛出异常
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义线程池
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() //队列满了，尝试去和最早的竞争，不会抛出异常
        );

        try {
            // 最大承载 8个：Deque + max
            // 超过：RejectedExecutionException
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，线程池要关闭
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}
  • 最大线程到底该如何定义
  1. CPU密集型：几核，就是几，可以保持CPU的效率最高！
    你的电脑是几个核心的（用程序获取），你的最大线程数就设置成几，可以保持CPU的效率最高）
    在这里插入图片描述
  2. IO密集型：最大线程数 > 判断你程序中十分耗IO的线程
    例如：你的程序里面有15个任务很占用IO资源，就用15个线程去执行，所以最大
    线程数量大于这个15就好了，一般是大型IO任务数量的2倍

12. 四大函数式接口

新时代的程序员：lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

超级多的FunctionalInterface
简化编程模型，在新版本的框架底层大量应用
foreach(消费者类型的函数式接口）
在这里插入图片描述

12.1 Function 函数型接口

在这里插入图片描述
有一个输入参数，有一个输出
只要是函数式接口，就可以用lambda表达式简化

public class FunctionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /*Function function = new Function<String,String>() {
            //工具类：输出输入的值
            @Override
            public String apply(String str) {
                return str;
            };
        };*/
        Function function = (str)->{return str;};
        System.out.println(function.apply("aaa"));
    }
}

12.2 Predicate 断定型接口

在这里插入图片描述
有一个输入参数，返回值只能是布尔值

public class PredicateDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //判断字符串是否为空
        /*Predicate<String> predicate = new Predicate<String>() {
            @Override
            public boolean test(String str) {
                return str.isEmpty();
            }
        };*/
        Predicate<String> predicate = (str)->{return str.isEmpty();};
        System.out.println(predicate.test(""));
    }
}

12.3 Supplier 供给型接口

在这里插入图片描述

public class SuppierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //打印字符串
        /*Supplier<String> supplier = new Supplier<String>() {
            @Override
            public String get() {
                return "aaa";
            }
        };*/

        Supplier<String> supplier = ()->{return "aaa";};
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

12.4 Consumer 消费型接口

在这里插入图片描述

public class ConsummerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //打印字符串
       /* Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {
            @Override
            public void accept(String s) {
                System.out.println(s);
            }
        };*/
        Consumer<String> consumer = (s)->{System.out.println(s);};
        consumer.accept("sss");
    }
}

13. Stream 流式计算

  • 什么是Stream流式计算
    • 大数据：存储+计算
    • 集合、Mysql本来就是存储数据的，计算应该交给流来操作。
/**
 * 题目要求： 用一行代码实现
 * 1. Id 必须是偶数
 * 2.年龄必须大于23
 * 3. 用户名转为大写
 * 4. 用户名倒序
 * 5. 只能输出一个用户
 **/

public class StreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1, "a", 23);
        User u2 = new User(2, "b", 23);
        User u3 = new User(3, "c", 23);
        User u4 = new User(6, "d", 24);
        User u5 = new User(4, "e", 25);

        List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);
        // lambda、链式编程、函数式接口、流式计算
        list.stream()
                .filter(user -> {return user.getId()%2 == 0;})
                .filter(user -> {return user.getAge() > 23;})
                .map(user -> {return user.getName().toUpperCase();})
                .sorted((user1, user2) -> {return user2.compareTo(user1);})
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}
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