圖學java基礎篇之并發

直接盜圖一張（圖寢刪），詳細講解參考 博客 。

java內存模型的作用可以理解為抽象了線程私有內存與主存（共享內存或堆）的關系，也就是原子性、可見性、順序性的原則，而后介紹的內容都是為了保證這些原則的實現手段。

實現多線程的方法

這一塊其實不必多說，大家都很熟悉，這里簡單對比下優缺點：

• 繼承Thread：由于java不支持多繼承，所以用起來有很強的局限性，使用場景不多。
• 實現Runnable接口：常用的方式，有點對比Thread，并且更方便實現資源共享（ 兩者異同 ,重點在評論）
• 實現Callable接口: 結合Future使用，可以獲取線程執行結果
• Executor：concurrent中提供的一個上層并發處理框架，底層也是基于上邊三種實現，基于此實現了線程池、任務調度等類，為一些典型場景提供了便捷的實現手段。
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實現同步的方法

這一塊也是常用的，也僅對比介紹一下：

• volatile：volatile保證了原子操作在線程間的可見性(注意僅能保證可見性)，并且修飾對象的操作不會指令重排。對于一個原子操作可以保證其之間一致，但是原子操作真的很少，比如i++都不行。更多介紹
• Atomic：原子類，，基于 CAS 原理實現，提供了基本類型和引用對應的類，能保證其基本操作的可見性，底層基于volatile和Unsafe類（一個線程安全相關類，可以調用底層 native方法）。如果線程間的同步僅限于某個值的改變，則可考慮用該類（實際上多數時候即使適合用也能找到對應的上層封裝類，而不必自己實現）
• synchronized：最為常用的同步方法之一，可以分為同步方法和同步代碼塊兩類，使用簡單，唯一一定要搞清的是synchronized鎖的對象是誰。（拓展： synchronized底層實現 ）
• wait/notify：同步幾大原語之二（記得還有join吧），java的Object中已實現的native方法，常用來同步線程執行順序或進度，然而多數場景concurrent也提供了對應工具類，所以一般使用時也應該優先使用對應的工具類
• Lock：鎖，主要有ReentrantLock和ReadWriteLock，該方式較synchronized的優勢就是使用比較靈活，同步不再局限于代碼塊或者方法，可以在任何需要的地方加鎖解鎖。就性能方面，除非你用的是1.4之前的jdk，否則兩者差異不大
• ThreadLocal：線程本地變量，其內部是一個map，key為線程對象本身，value為對應變量的一個拷貝，每個線程使用該變量時實際使用的是其副本，以此解決多線程共享變量的競爭， 需要注意的是改類型并不是解決同步問題的，而是解決資源共享問題的，每個線程使用各自的副本，相互之間不影響，但是該變量的值變化相互之間也是隔離的 ThreadLocal深入剖析
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concurrent包

JDK 1.5增加了java.util.concurrent包，其內部提供了大量并發相關類，大大簡化了設計并發的程序開發。該包大致可分為四大 塊：Atomic、Lock、Executor、以及線程安全的集合類，由于集合類已經在該系列第一篇介紹過，因此這里重點介紹前三塊，此外還有一些工具 類，這里僅介紹幾個常見的。

Atomic

前邊已經介紹過，Atomic為修飾的對象提供了原子更新，保證了其更新在線程間的可見性，Atomic包內的原子類實現主要基于CAS原理，利用了Unsafe包提供的CAS方法，其中可以分為以下幾類：

• 原子更新基本類型類，提供了AtomicBoolean、AtomicInteger和AtomicLong，對于其他基本類型，可以參照其實現自行通過Unsafe的方法實現（實質上都是轉成int處理）
• 原子更新數組類：也提供了三種類型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray和AtomicReferenceArray
• 原子更新引用類型：對于非基本類型提供的類，AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater、AtomicMarkableReference
• 原子更新字段類：這幾個類主要用于更新類中的某個字段：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicStampedReference
  這些類使用方法類似，都是通過以下方法實現原子更新：
• getAndSet(v)：設置新值，返回舊值
• compareAndSet(expectedValue, newValue)：如果當前值(current value)等于期待的值(expectedValue), 則原子地更新指定值為新值(newValue), 如果更新成功，返回true, 否則返回false, 換句話可以這樣說: 將原子變量設置為新的值, 但是如果從我上次看到的這個變量之后到現在被其他線程修改了(和我期望看到的值不符), 那么更新失敗
  詳細的使用可以參考 Java中的Atomic包使用指南
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Lock

Lock提供了一種更為靈活的同步方式，Lock下主要有以下類：

• ReentrantLock：重入鎖，其底層通過一個Sync的靜態類實現加鎖解鎖。Sync繼承自 AbstractQueuedSynchronizer，該抽象類內部實現了一個鏈表，保存了請求獲取鎖的狀態，同時其內部有一個狀態值，用來表示鎖是否 被線程獲取，其修改通過Unsafe包提供的CAS方法，以此可以保證其可見性。同時尤其內部實現也可以知道，之所以叫重入鎖，是因為其提供了非阻塞的使 用方式，如果使用tryLock方法，當lock時在發現鎖已lock的情況下，會立即返回結果，而不會阻塞。 使用示例
• ReentrantReadWriteLock：可重入讀寫鎖。實現原理和ReentrantLock一樣，再次基礎上增加了讀寫鎖的操作。使用示例
• Condition：實現類是AbstractQueuedSynchronizer中的一個內部類，其功能是實現線程間的協調通信，使得某個，或者某些 線程一起等待某個條件（Condition），只有當該條件具備( signal 或者 signalAll方法被帶調用)時 ，這些等待線程才會被喚醒，從而重新爭奪鎖。 使用示例
• LockSupport：可以看做對Unsafe包中并發原語的封裝，為上層的鎖實現提供原語操作。一般情況下上層開發很少用到。
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Executor

Executor框架是concurrent中最常用的內容之一，其提供了一套能夠便捷管理線程和任務的類，使我們能夠很方便創建、調度一批具有同類操作的線程。其主要有以下幾個類(接口)：

• Callable、Future：前邊已經介紹過了，提供了一種可以獲取返回值的線程實現方法，一般與
  ExecutorService配合使用。Callable使用
• Executor：線程工具類，主要用于線程池、ThreadFactory、Callable實例。 Executors詳解
• ThreadFactory：接口類，提供了創建線程個工廠類，多是時候配合線程池，作為參數傳入為線程池提供創建線程的方法。
• ExecutorService：接口類，是線程池實現類ThreadPoolExecutor的基類。
• ExecutorCompletionService：與ExecutorService功能一樣，不過其提供了poll()和take()兩個方法用于獲取線程執行結果，前者是非阻塞的，后者是阻塞的。
  使用示例
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other

此外concurrent包還提供了一些其他類，這里僅列出功能，具體的使用可自行查詢，這里給出一個比較完善的總結 java.util.concurrent 用戶指南

• ForkJoinPool：和ExecutorService類似，不過其提供了fork和join的功能，能夠將池內指定級別的任務進行分解或合并。這種處理方式與目前很多流處理框架類似，不過該實現使用的不多。
• CountDownLatch：CountDownLatch 是一個線程協調器，它允許一個或多個線程等待一系列指定操作的完成。
  CountDownLatch 以一個給定的數量初始化。countDown() 每被調用一次，這一數量就減一。通過調用await() 方法之一，線程可以阻塞等待這一數量到達零。
• CyclicBarrier：CyclicBarrier類也是一種同步機制，它可以在指定位置設定barrier，只有所有線程都執行到該位置是，才會繼續向下執行。
• Exchanger：該類提供了線程間交換數據的方法，可以視作一個管道。 實現原理
• Semaphore：信號量，學過操作系統的都知道，實現生產者—消費者的常用手段之一，信號量最大的用處是可以控制資源的訪問數量，比起阻塞隊列更加靈活。使用示例
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其他

正如最開始所說的，并發相關的知識絕不是看一些知識點就可以掌握的，如果想要真正掌握，必須系統的學習。這里只是列出一些java相關的知識點，僅供參考。