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JUC 并发编程学习笔记（中）

2023-02-25 76
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简介： JUC 并发编程学习笔记（中）
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  1. 集合类不安全

1.1 List不安全

代码如下：

//java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发下ArrayList不安全
        /**
         * 解决方案：
         * 1. List<String> list = new Vector<>();
         * 2. List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         * 3. List<System> 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

        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        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();
        }
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

1.2 Set不安全

public class SetTest {

    public static void main(String[] args) {

        // Set<String> set = new HashSet<>();
        // 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的底层实现:

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(); //不变得值！

 

1.3 Map不安全

在这里插入图片描述
 

public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // map是这样用的吗    不是，工作中不用HashMap
        // 默认等价于什么  new HashMap<>(16,0.75);
        // Map<String, String> map = new HashMap<>();

        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        // 加载因子 、初始化容量

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

 

2. Callable(简单)

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
 
测试代码如下：

public class CallableTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // new Thread(new Thread()).start();
        // new Thread(new FutureTask<V>).start();
        // new Thread().start(); // 怎么启动Callable
        MyThread thread = new MyThread();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(thread); // 适配类
        new Thread(futureTask, "A").start();
        String o = (String) futureTask.get(); // 获取Callable 的返回结果。 这个get方法可能会产生阻塞，把它放到最后或者用异步通信来处理
        System.out.println(o);
    }

}

class MyThread implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() {
        System.out.println("call()");
        return "123";
    }
}

 
运行结果如下：

call()
123

 
细节：

  1. 有缓存
  2. 结果可能需要等待会阻塞

 

3. 常用的辅助类（必会）

3.1 CountDownLatch

在这里插入图片描述
 
测试代码如下：

// 计数器
public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 总数是6，必须要执行任务的时候，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0，然后再向下执行
        System.out.println("close door");

    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述

 
原理：
countDownLatch.countDown(); // 数量 -1
countDownLatch.await() // 等待计数器归0，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。
 

3.2 CyclicBarrier

在这里插入图片描述
 
CyclicBarrier 即 加法计数器，测试代码如下：

public class CyclicBarrierDemo {

    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 集齐7颗龙珠召唤神龙
         */
        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;
            // lambda 不能直接取到i，必须借助于temp
            new Thread(()-> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + temp + "个龙珠");
                try {
                    cyclicBarrier.await(); // 等待计数器变成7
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

3.3 Semaphore

Semaphore即信号量。
在这里插入图片描述
 
测试代码如下：

public class SemaphoreDemo {

    // 6辆车、3个车位
    public static void main(String[] args) {
        // 线程数量；停车位！限流！
        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();
        }
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 
原理：
semaphore.acquire(); 获得，假设如果已经满了，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。
 

4. 读写锁

在这里插入图片描述
 
旧版：即自定义缓存，测试代码如下：

public class ReadWriteLock {

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

        // 只写入
        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();
        }
    }
}

/**
 * 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() + "写入完毕");
    }

    // 取，读
    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() + "读取完毕");
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 
出现的问题：在一个线程写入的过程中会有其他线程的插入，可以用加锁的缓存来解决该问题，相关代码如下：

/**
 * 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有
 * 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有
 * 读——读 可以共存
 * 读——写 不能共存
 * 写——写 不能共存
 */
public class ReadWriteLock {

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

        // 只写入
        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 ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    //存，写的时候，只希望同时只有一个线程写
    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() + "写入完毕");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    // 取，读的时候，所有人都可以读取
    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() + "读取完毕");
        } 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() + "写入完毕");
    }

    // 取，读
    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() + "读取完毕");
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

5. 阻塞队列

5.1 阻塞队列BlockingQueue

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
在这里插入图片描述
 
什么情况下会使用阻塞队列：多线程并发处理,线程池！
使用队列： 添加、移除

5.2 BlockingQueue四组API

方式 抛出异常 有返回值，不抛出异常 阻塞等待 超时等待
添加 add offer() put() offer(, ,)
删除 remove poll() take() poll(,)
检测队首元素 element peek()

 

  1. 抛出异常的测试代码如下：
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        test1();
    }

    /**
     * 抛出异常
     */
    public static void test1() {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.add("a"));
        System.out.println(blockingQueue.add("b"));
        System.out.println(blockingQueue.add("c"));
        System.out.println("---------------");
        //IllegalStateException: Queue full 抛出异常！
        //System.out.println(blockingQueue.add("d"));

        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());
        //java.util.NoSuchElementException 抛出异常！
        //System.out.println(blockingQueue.remove());
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

  1. 有返回值，没有异常的测试代码如下：
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        test2();
    }

    /**
     * 有返回值，没有异常
     */
    public static void test2() {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("d")); // 不抛出异常，false
        System.out.println(blockingQueue.peek()); // 弹出队首元素
        System.out.println("--------");

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll()); // 不抛出异常，null
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

  1. 等待，阻塞（一直阻塞） 的测试代码如下：
public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test3();
    }

    /**
     * 等待，阻塞（一直阻塞）
     */
    public static void test3() throws InterruptedException {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        // 一直阻塞
        blockingQueue.put("a");
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");
        //blockingQueue.put("d"); // 队列没有位置了，一直阻塞

        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        //System.out.println(blockingQueue.take()); // 没有这个元素，一直阻塞
    }
}

 

运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

  1. 等待，阻塞（等待超时） 测试代码如下：
public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test4();
    }
   

    /**
     * 等待，阻塞（等待超时）
     */
    public static void test4() throws InterruptedException {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        blockingQueue.offer("a");
        blockingQueue.offer("b");
        blockingQueue.offer("c");
        //blockingQueue.offer("d", 2, TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出
        System.out.println("-------");

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        //System.out.println(blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS)); // 等待超过2秒就退出
    }
}

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

5.3 SynchronousQueue同步队列

SynchronousQueue 是没有容量的，进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放入一个元素。
添加操作 put、删除操作take。

测试代码如下：

/**
 * 同步队列
 * 和其他的BlockQueue不一样，SynchronousQueue不存储元素
 * put 了一个元素，必须从里面take取出来，否则不能put进去值
 */
public class SynchronousQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队列

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

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

 
运行结果如下：
在这里插入图片描述
 

6. 线程池（重点）

线程池：3大方法、7大参数、4种拒绝策略。

线程池的好处：

  1. 降低资源的消耗。
  2. 提高响应的速度。
  3. 方便管理。

==线程复用、可以控制最大并发数、管理线程。==

线程池：三大方法

在这里插入图片描述
 

3大方法的测试如下：

  1. Executors.newSingleThreadExecutor() 方法的测试如下：
// 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，遇强则强，遇弱则弱

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 使用线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 创建成功");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

 
在这里插入图片描述
 

  1. Executors.newFixedThreadPool(5) 方法的测试如下：
// 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，遇强则强，遇弱则弱

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 使用线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 创建成功");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

 
在这里插入图片描述

  1. Executors.newCachedThreadPool() 方法的测试如下：
// 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，遇强则强，遇弱则弱

        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 使用线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 创建成功");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

 
在这里插入图片描述
 

线程池：七大参数

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,    //21亿 OOM
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
}


//本质： 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.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
 
在这里插入图片描述
 
手动创建一个线程池，相关代码如下：

//Executors 工具类 3大方法
/**
 * 1. new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); //银行满了 还有人进来，不处理这个人的，并且抛出异常
 * 2. new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); //哪来的去哪里！
 * 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，尝试和最早的竞争，也不会抛出异常
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义线程池！工作ThreadPoolExecutor
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试和最早的竞争，也不会抛出异常
        try {
            //最大承载：Deque + max
            // 超过 RejectedExecutionException
            for (int i = 1; i <= 9; i++) {
                //使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }

    }
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

 

四种拒绝策略

在这里插入图片描述
 

4种拒绝策略：
/**
 * 1. new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); //银行满了 还有人进来，不处理这个人的，并且抛出异常
 * 2. new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); //哪来的去哪里！
 * 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，尝试和最早的竞争，也不会抛出异常
 */

 

小结和扩展

了解：IO密集型、CPU密集型：（调优）

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义线程池！工作ThreadPoolExecutor
        //最大线程池该如何定义
        //1、CPU密集型，几核CPU就定义为几 可以保证cpu的效率最高
        //2、IO密集型 判断你程序中十分耗IO线程，
        //      程序  15个大型任务 io十分占用资源！
        //获取CPU核数
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试和最早的竞争，也不会抛出异常
        try {
            //最大承载：Deque + max
            // 超过 RejectedExecutionException
            for (int i = 1; i <= 9; i++) {
                //使用了线程池之后，使用线程池来创建线程
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //线程池用完，程序结束，关闭线程池
            threadPool.shutdown();
        }

    }
}

 
 
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