【多线程与高并发】知识点汇总

线程的概念、启动方式、常用方法

• 继承Thread
• 实现Runnable接口
• 实现Callable接口

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• synchronized(Object)

- 不能用String、常量、Integer、Long

- "object"

• 线程同步

- synchronized

• 锁的是对象不是代码
• this、XX.class
• 锁定方法、非锁定方法可同时执行
• 锁升级

        - 偏向锁、自旋锁、重量级锁

偏向锁：没有真正加锁

自旋锁：在CPU，占用CPU时间，适用于线程数量少、执行时间短的场景

重量级锁： 在OS（操作系统），不占用CPU时间，适用于数量多、执行时间长的场景

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• volatile
  • 保证线程可见性

        - MESI

        - 缓存一致性协议

• 禁止指令重排序

- DCL单例

- Double Check Lock

- Mgr06.java

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CAS（无锁优化  自旋）

• Compare And Set
• cas（V，Expected，NewValue）

- if V == E

  V = New

  otherwise try again or fail

- CPU原语支持，不会被打断

• ABA问题

        - 加version（版本号），AtomicStampedReference解决该问题

        - A 1.0

        - B 2.0

        - A 3.0

        - cas（version）

        - 如果基础类型，无所谓；引用类型，你的女朋友跟你复合，中间经历了别的男人，就出问题了。

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Unsafe

• 直接操作内存

        - allocateMemory puXX freeMemory pageSize

• 直接生成类实例

        - allocateInstance

• 直接操作类或实例变量

        - objectFieldOffset

        - getInt

        - getObject

• CAS相关操作

        - weakCompareAndSetObject Int Long

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JUC包中的同步锁

• Lock接口
• ReadWriteLock接口
• Condition接口
• ReentrantLock独占锁
• ReentrantReadWriteLock读写锁
• CountDownLatch
• CyclicBarrier
• Semaphore
• AbstractOwnableSynchronizer抽象类
• AbstractQueuedSynchronizer抽象类
• AbstractQueuedLongSynchronizer抽象类

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ReentrantLock

• 公平锁、非公平锁
• 队列，如：生产者线程、消费者线程，分别放入两个队列

ReentrantLock vs synchronized

• ReentrantLock手动加锁、解锁；synchronized系统加锁、解锁
• ReentrantLock有各种condition（等待队列）；synchronized没有队列
• ReentrantLock底层为AQS实现；synchronized默认实现了4种锁状态的升级

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ReadWriteLock

• 读锁-共享锁
• 写锁-排他锁

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LockSupport

• 一个线程阻塞工具类
• 所有的方法都是静态方法
• 不使用锁的情况下，让线程也能在任意位置阻塞、唤醒

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AQS（CLH）

• Template Method

            Callback Function

            父类默认实现

            子类具体实现

            里面运用了大量的CAS操作

• Volatile state

        - 具体由子类实现

        - 双向链表，节点node，node里面是thread

• VarHandle （JDK 9）

        - 普通的属性也能变成原子操作，保证了线程安全

        - 比反射快，直接操纵二进制码

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ThreadLocal

• set

        -  Thread.currentThread.map(ThreadLocal, person)

        - 设到了当前线程的map中

• 用途

        - 声明式事务，保证同一个Connection

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四大引用-强软弱虚

• 强引用

        - 只要有一个引用指向它（堆），垃圾回收器就不会回收它；应用：普通引用

• 软引用

        - 当内存不够用时，系统会垃圾回收，先回收一次，如果不够，会把软引用干掉；应用：缓存

• 弱引用

        - 应用：ThreadLocal，用完之后一定要remove掉

        - 为什么Entry要使用弱引用？若是强引用，即使tl=null，但key的引用依然指向ThreadLocal对象，所以会有内存泄露，而使用弱引用则不会；但还是有内存泄露存在，ThreadLocal被回收，key的值变成null，则导致整个value再也无法被访问到，因此依然存在内存泄露

• 虚引用

        - 管理堆外内存；应用：给开发JVM的人员使用，当使用虚引用的对象被回收时，通过Queue可以检测到，然后JVM开发人员可以清理堆外内存

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多线程容器

• Vector （自带锁）、Hashtable（基本不用）
• Hashtable -> ConcurrentHashMap
• Vector -> Queue

        - CopyOnWriteList、ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap

        - Queue List

        - 对线程友好的API offer peek poll

        - BlockingQueue

        - put take -> 阻塞

• DelayQueue、SynchronousQueue、TransferQueue

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线程池

• Executor接口
• ExecutorService接口
  • AbstractExecutorService接口
• Callable接口
  • Callable -> Runnable + ret（返回值）
  • Future -> 存储执行的将来才会产生的结果
  • FutureTask -> Future + Runnable
• ThreadPoolExecutor
  • corePoolSize  核心线程数
  • maxPoolSize  最大线程数
  • keepAliveTime  存活时间
  • TimeUnit  时间单位
  • BlockingQueue  任务队列
  • ThreadFactory 线程工厂
  • RejectStrategy  拒绝策略
    • Abort  报异常
    • Discard  悄悄扔掉
    • DiscardOld  扔掉队列开头的一个
    • CallerRuns  谁调用谁执行
  • 源码分析
    • Work类
      • Runable AQS
      • thread
    • submit方法
    • execute
      • core、queue、noncore
    • addWorker
      • count++、addWorker start
• ForkJoinPool
  • 分解汇总的任务
  • 用很少的线程可以执行很多的任务（子任务）ThreadPoolExecutor做不到先执行子任务
  • CPU密集型

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Executors - 线程池的工厂

• SingleThreadExecutor
  • 为什么要有单线程的线程池？ 任务队列、生命周期管理
• CachedThreadPool vs FixedThreadPool
  • CachedThreadPool适用于流量不稳定的情况；FixedThreadPool适用于流量比较固定的情况，可使用并行处理
  • 阿里都不用，自己估算，进行精确定义
• Scheduled
• 定时任务线程池
  • quartz cron框架
  • 面试：假如提供一个闹钟服务，订阅这个服务的人特别多，10亿人，怎么优化？

                    - 主服务器把这些任务同步到边缘服务器，在每台服务器上用线程池加上队列

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concurrent vs parallel

• 并发是指任务提交，并行指任务执行
• 并行是并发的子集，多个CPU同时处理任务

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JMH，主要是测试开发人员使用

• Java Microbenchmark Harness
• 2013年首发
  • 由JIT的开发人员开发
  • 归于OpenJDK

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Disruptor

• 并发编程框架
• 特点
  • Disruptor是数组实现的
  • 无锁，高并发，使用环形Buffer，直接覆盖（不用清除）旧的数据，降低GC频率
  • 实现了基于事件的生产者消费者模式（观察者模式）
• 核心： RingBuffer
  • 环形队列
  • RingBuffer的序号，指向下一个可用的元素
  • 采用数组实现，没有首尾指针
  • 对比ConcurrentLinkedQueue，用数组实现的速度更快
    • 假如长度为8，当添加到第12个元素的时候在哪个序号上呢？用12%8决定
    • 当Buffer被填满的时候到底是覆盖还是等待，由Producer决定
    • 长度设为2的n次幂，利于二进制计算，例如：12%8 = 12 &（8 - 1），pos = num & （size - 1）
• 开发步骤
  • 定义Event - 队列中需要处理的元素
  • 定义Event工厂，用于填充队列
    • 这里牵扯到效率问题：disruptor初始化的时候，会调用Event工厂，对ringBuffer进行内存的提前分配，GC产生频率会降低
  • 定义EventHandler（消费者），处理容器中的元素
• ProducerType生产者线程模式
  • ProducerType有两种模式，Producer.MULTI 和 Producer.SINGLE
  • 模式是MULTI，表示在多线程模式下产生sequence
  • 如果确认是单线程生产者，那么可以指定SINGLE，效率会提升
  • 如果是多个生产者（多线程），但模式指定为SINGLE，会出什么问题呢？数据被覆盖
• 等待策略
  • BlockingWaitStrategy：通过线程阻塞的方式，等待生产者唤醒，被唤醒后，再循环检查依赖的sequence是否已经消费
  • BusySpinWaitStrategy：线程一直自旋等待，可能比较耗CPU
  • LiteBlockingWaitStrategy：线程阻塞等待生产者唤醒，与BlockingWaitStrategy相比，区别在signalNeeded.getAndSet，如果两个线程同时访问，一个访问waitfor，一个访问signalAll时，可以减少lock加锁次数
  • LiteTimeoutBlockingWaitStrategy：与LiteBlockingWaitStrategy相比，设置了阻塞时间，超过时间后抛异常
  • PhasedBackoffWaitStrategy：根据时间参数和传入的等待策略来决定使用哪种等待策略
  • TimeoutBlockingWaitStrategy：相对于BlockingWaitStrategy来说，设置了等待时间，超过后抛异常
  • YieldingWaitStrategy：尝试100次，然后Thread.yield()让出CPU
  • SleepingWaitStrategy：sleep
• 消费者异常处理
  • 默认：disruptor.setDefaultExceptionHandler()
  • 覆盖：disruptor.handleExceptonFor().with()

 

 

 

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