java–JUC快速入门（彻底搞懂JUC）

文章目录

1、学习多线程之前需要知道的一些概念。

1.1 JUC是什么？
JUC是java.util.concurrent包的简称，在Java5.0添加，目的就是为了更好的支持高并发任务。让开发者进行多线程编程时减少竞争条件和死锁的问题！
我们在面试过程中也会经常问到这类问题！
1.2 进程与线程的区别：

进程 : 一个运行中的程序的集合; 一个进程往往可以包含多个线程,至少包含一个线程

java默认有几个线程? 两个 main线程 gc线程

线程 : 线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。

1.3 并发与并行的区别：

并发(多线程操作同一个资源,交替执行)
CPU一核, 模拟出来多条线程,天下武功,唯快不破,快速交替
并行(多个人一起行走, 同时进行)
CPU多核,多个线程同时进行 ; 使用线程池操作

1.4 线程有六个状态：

public enum State {
       // 新生
        NEW,

        // 运行
        RUNNABLE,

        // 阻塞
        BLOCKED,

        // 等待
        WAITING,

        //超时等待
        TIMED_WAITING,

        //终止
        TERMINATED;
    }

1.5 wait/sleep的区别：

  1. 来自不同的类：​ wait来自object类, sleep来自线程类
  2. 关于锁的释放：wait会释放锁, sleep不会释放锁
  3. 使用的范围不同： wait必须在同步代码块中， sleep可以在任何地方睡眠

2、JUC的结构

在这里插入图片描述
1，tools（工具类）：又叫信号量三组工具类，包含有

1）CountDownLatch（闭锁） 是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待

2）CyclicBarrier（栅栏） 之所以叫barrier，是因为是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 ，并且在释放等待线程后可以重用。

3）Semaphore（信号量） 是一个计数信号量，它的本质是一个“共享锁“。信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用 acquire()来获取信号量的许可；当信号量中有可用的许可时，线程能获取该许可；否则线程必须等待，直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。

2，executor(执行者)：是Java里面线程池的顶级接口，但它只是一个执行线程的工具，真正的线程池接口是ExecutorService，里面包含的类有：

1）ScheduledExecutorService 解决那些需要任务重复执行的问题

2）ScheduledThreadPoolExecutor 周期性任务调度的类实现

3，atomic(原子性包)：是JDK提供的一组原子操作类，

包含有AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicIntegerArray等原子变量类，他们的实现原理大多是持有它们各自的对应的类型变量value，而且被volatile关键字修饰了。这样来保证每次一个线程要使用它都会拿到最新的值。

4，locks（锁包）：是JDK提供的锁机制，相比synchronized关键字来进行同步锁，功能更加强大，它为锁提供了一个框架，该框架允许更灵活地使用锁包含的实现类有：

1）ReentrantLock 它是独占锁，是指只能被独自占领，即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。

2）ReentrantReadWriteLock 它包括子类ReadLock和WriteLock。ReadLock是共享锁，而WriteLock是独占锁。

3）LockSupport 它具备阻塞线程和解除阻塞线程的功能，并且不会引发死锁。

5，collections(集合类)：主要是提供线程安全的集合， 比如：

1）ArrayList对应的高并发类是CopyOnWriteArrayList，

2）HashSet对应的高并发类是 CopyOnWriteArraySet，

3）HashMap对应的高并发类是ConcurrentHashMap等等

下面及具体来是学习一下多线程创建及使用方法：

普通的线程代码, 之前都是用的thread或者runnable接口；
具体实现如下：

public class demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
        threadDemo.start();
        new Thread(new ThreadDemo2()).start();
    }
}

class ThreadDemo extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("普通线程已开启（继承Thread）");
    }
}
class ThreadDemo2 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("普通线程已开启(实现Runnable接口)");
    }
}

程序运行结果：
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3、Lock锁(重点)

传统synchronized
synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：
　　1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
　　2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
　　3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
　　4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

Lock 接口
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实现类
在这里插入图片描述
reentrantLock构造器

  	public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync(); //无参默认非公平锁
    }
 	public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();//传参为true为公平锁
    }

公平锁: 十分公平: 可以先来后到,一定要排队
非公平锁: 十分不公平,可以插队(默认)

public class SaleTicketDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();

        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 Ticket {

    private int ticketNum = 30;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sale() {
        lock.lock();
        try {
            if (this.ticketNum > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "购得第" + ticketNum-- + "张票, 剩余" + ticketNum + "张票");
            }
            //增加错误的发生几率
            Thread.sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

}

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可以判断是否获取到了锁
  3. synchronized会自动释放锁,Lock必须要手动释放锁!如果不是释放锁,会产生死锁
  4. synchronized 线程1(获得锁,阻塞),线程2(等待); Lock锁就不一定会等待下去
  5. synchronized 可重入锁,不可以中断的,非公平的; Lock锁,可重入的,可以判断锁,非公平(可自己设置);
  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

Condition 精准的通知和唤醒线程
Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法；
Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()
调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用
Conditon中的await()对应Object的wait()；

Condition中的signal()对应Object的notify()；

Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。
在这里插入图片描述

Condition常见例子（生产者消费者模式（完成加一减一各一次操作））：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class PC {
    public static void main(String[] args) {
        a a = new a();
        new Thread(()->{
            for (int i =0;i<10;i++){
                a.increment();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i =0;i<10;i++){
                a.decrease();
            }
        },"B").start();


    }

}
class  a{
    public int nummber=0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    public   void  increment(){
        lock.lock();
        try {
            while(nummber!=0){
                condition.await();
            }
            nummber++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+">>"+nummber);
            condition.signalAll();
        }
         catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
          lock.unlock();
        }

    }
    public  void decrease(){
        lock.lock();
        try {
            while(nummber!=1){
                condition.await();
            }
            nummber--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+">>"+nummber);
            condition.signalAll();
        }
        catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

4、集合类不安全

list 不安全

//java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常!
public class ListTest {

    public static void main(String[] args) {
        //并发下 arrayList 是不安全的
        /**
         * 解决方案
         * 1. 使用vector解决
         * 2. List<String> arrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         * 3. List<String> arrayList = 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,写入的时候,可能会覆盖
        //在写入的时候避免覆盖造成数据问题
        //CopyOnWriteArrayList 比 vector牛逼在哪里

        //读写分离
        List<String> arrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(()->{
                arrayList.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(arrayList);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

set 不安全

/**
 * 同理可证
 */
public class SetTest {

    public static void main(String[] args) {

//        Set<String> set = new HashSet<>();
        //如何解决hashSet线程安全问题
        //1. Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(set);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

hashSet底层是什么? hashMap

public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

// add 的本质就是 map 的 key 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();//这是一个不变的值

HashMap 不安全
map的基本操作
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5、Callable()

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  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
public class CallableTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread());
        new Thread(futureTask,"a").start();
        System.out.println(futureTask.get());

    }
}

class MyThread implements Callable<Integer> {


    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("call()方法被调用了");
        return 1024;
    }
}

6、常用的辅助类

CountDownLatch
在这里插入图片描述

//计数器
public class demo02 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //相当于计数器
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);
        //计数器总数是5,当减少为0,任务才继续向下执行
        for (int i = 1; i <6 ; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==>start");
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println("main线程继续向下执行");
    }
}

结果：
在这里插入图片描述

原理:

countDownLatch.countDown(); //数量减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

cyclicBarrier
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加法计数器

public class CyclicBarrierDemo {

    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 集齐77个龙珠召唤神龙
         */
        // 召唤龙珠的线程
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, ()->{
            System.out.println("召唤神龙成功! ");
        });
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            int temp = i;
            //lambda 能拿到i吗
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集" + temp + "个龙珠");


                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

运行结果：
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Semaphore
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public class SemaphoreTest {

    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            int temp = i;
            new Thread(()->{
                try {
                    semaphore.acquire(); //获取
                    System.out.println(temp + "号车抢到车位");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release(); //释放
                    System.out.println(temp + "号车离开车位");
                }
            }).start();
        }
    }
}

运行结果：
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原理:

semaphore.acquire(); //获取信号量,假设如果已经满了,等待信号量可用时被唤醒

semaphore.release(); //释放信号量

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

7、读写锁

ReadWriteLock

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package com.czp.lock;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;


/**
 * 独占锁(写锁) 一次只能由一个线程占有
 * 共享锁(读锁) 一次可以有多个线程占有
 * readWriteLock
 * 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) {
        MyCacheLock myCache = new MyCacheLock();

        //写入操作
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            int temp = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.put(temp + "", temp + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        //读取操作
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            int temp = i;
            new Thread(() -> {
                myCache.get(temp + "");
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

class MyCacheLock {

    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    //读写锁
    private java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    // 存,写入的时候只有一个人操作
    public Object get(String key) {
        lock.readLock().lock();
        Object o = null;
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            o = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok" + o);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
        return o;
    }

    public void put(String key, Object value) {
        lock.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 {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

}

class MyCache {

    private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();

    public Object get(String key) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取");

        Object o = map.get(key);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取ok" + o);

        return o;
    }

    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");
    }

}

8、阻塞队列

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Blockqueue
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什么情况下我们会使用阻塞队列,多线程并发处理,线程池!
如何使用队列？
添加 移除
四组API
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   /**
     * 抛出异常
     */
    public static void test1() {
        //队列的大小
        ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        System.out.println(queue.add("a"));
        System.out.println(queue.add("b"));
        System.out.println(queue.add("c"));
        //java.lang.IllegalStateException: Queue full
        //System.out.println(queue.add("d"));
        System.out.println("----------------------");
        System.out.println(queue.remove());
        System.out.println(queue.remove());
        System.out.println(queue.remove());
        //java.util.NoSuchElementException
        System.out.println(queue.remove());
        //抛出异常

    }


   /**
     * 有返回值没有异常
     */
    public static void test2(){
        ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(3);

        System.out.println(queue.offer("a"));
        System.out.println(queue.offer("b"));
        System.out.println(queue.offer("c"));
//        System.out.println(queue.offer("d"));       //offer 不抛出异常
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
//        System.out.println(queue.poll());   //null 不抛出异常
    }


    /**
     * 等待阻塞
     */
    public static void test3() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(3);
        queue.put("a");
        queue.put("b");
        queue.put("c");
//        queue.put("c");  队列没有位置就会阻塞
        System.out.println(queue.take());
        System.out.println(queue.take());
        System.out.println(queue.take());
    }

SynchronizedQueue 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
put take


/**
 * 同步队列
 * 和其他的lockQueue 不一样， SynchronousQueue 不存储元素
 */
public class SyncQueue {

    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue<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() + "=>" + synchronousQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + synchronousQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
            }
        },"T2").start();
    }
}

9、线程池

因为之前有写过这个文章，可以转到以下链接继续学习：

https://blog.csdn.net/weixin_43888181/article/details/116518664?spm=1001.2014.3001.5501

注明：该笔记是通过学习bilibili的狂神说java的视频《JUC并发编程》及个人学习总结所得的笔记。
https://www.bilibili.com/video/BV1B7411L7tE?from=search&seid=15216587814524323096&spm_id_from=333.337.0.0

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