【JUC并发编程】-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【JUC并发编程】。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

本笔记内容为狂神说JUC并发编程部分

一、什么是JUC

二、线程和进程

1、概述

2、并发、并行

3、线程有几个状态

4、wait/sleep 区别

三、Lock锁（重点）

四、生产者和消费者问题

五、八锁现象

六、集合类不安全

七、Callable ( 简单 )

八、常用的辅助类(必会)

1、CountDownLatch

2、CyclicBarrier

3、Semaphore

九、读写锁

十、阻塞队列

十一、线程池(重点)

十二、四大函数式接口（必需掌握）

十三、Stream流式计算

十四、ForkJoin

十五、异步回调

十六、JMM

十七、Volatile

十八、彻底玩转单例模式

十九、深入理解CAS

二十、原子引用

二十一、各种锁的理解

1、公平锁、非公平锁

2、可重入锁

3、自旋锁

4、死锁

一、什么是JUC

JUC是Java Util Concurrent的缩写,是Java SE 5.0中新增的一个包,主要提供了在并发编程中使用的工具类和框架。JUC包含了许多用于多线程编程的工具类和接口,如锁、原子变量、线程池、阻塞队列等。这些工具类和接口可以帮助开发者更方便地进行多线程编程,从而提高程序的并发性能和可靠性。

JUC包中的工具类和接口都是线程安全的,可以在多线程环境下安全地使用。它们的设计和实现都是基于并发编程的最佳实践和原则,可以有效地避免线程安全问题的发生。

JUC包中的一些重要的类和接口包括：Lock、ReentrantLock、Condition、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、AtomicInteger、ThreadPoolExecutor、BlockingQueue等。这些类和接口的使用可以极大地简化多线程编程的复杂度,提高程序的可读性和可维护性。

【JUC并发编程】

回顾

业务：普通的线程代码 Thread
Runnable 没有返回值、效率相比入 Callable 相对较低！

【JUC并发编程】

二、线程和进程

1、概述

线程和进程是操作系统中的两个基本概念。

进程是程序在操作系统中的一次执行过程，它是操作系统资源分配的基本单位。每个进程都有自己的地址空间、数据栈、代码段和堆栈，不同进程之间的数据是独立的。进程之间通信需要使用进程间通信（IPC）机制，如管道、信号量、消息队列等。

线程是进程中的一个执行单元，是CPU调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，同一进程中的不同线程共享进程的地址空间、数据栈和代码段，但每个线程都有自己的堆栈。线程之间的通信可以通过共享内存或者消息传递来实现，相比进程间通信，线程间通信的开销更小。

总的来说，进程是系统资源分配的基本单位，而线程是CPU调度的基本单位。进程之间相互独立，线程之间共享进程的资源。多线程可以提高程序的并发性能，但也需要注意线程安全问题。

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！

线程：开了一个进程 Typora，写字，自动保存（线程负责的）
对于Java而言：Thread、Runnable、Callable

Java默认有几个线程？2 个 mian、GC

Java 真的可以开启线程吗？ 开不了，进入Thread的start()可以看到调用的是native方法

【JUC并发编程】

2、并发、并行

并发编程：并发、并行

并发（多线程操作同一个资源）

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）

CPU 多核，多个线程可以同时执行；线程池

public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
    // 获取cpu的核数
    // 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

3、线程有几个状态

public enum State {

    // 新生
    NEW,
    
    // 运行
    RUNNABLE,

    // 阻塞
    BLOCKED,

    // 等待，死死地等
    WAITING,

    // 超时等待
    TIMED_WAITING,

    // 终止
    TERMINATED;
}

4、wait/sleep 区别

1.来自不同的类

wait => Object
sleep => Thread

2.关于锁的释放

wait 会释放锁
sleep不会释放！

3.使用的范围是不同的

wait要写在同步代码块中
sleep 可以再任何地方睡

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

三、Lock锁（重点）

传统 Synchronized

// 基本的卖票例子
import java.time.OffsetDateTime;
        
/**
 * 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，没有任何附属的操作！
 * 1、 属性、方法
 */
public class SaleTicketDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
// 并发：多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 (参数)->{ 代码 }
        new Thread(()->{
            for (int i = 1; i < 40 ; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 1; i < 40 ; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"B").start();
        new Thread(()->{
            for (int i = 1; i < 40 ; i++) {
                ticket.sale();
            }
        },"C").start();
    }
}
// 资源类 OOP
class Ticket {
    // 属性、方法
    private int number = 30;
    // 卖票的方式
// synchronized 本质: 队列，锁
    public synchronized void sale(){
        if (number>0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了"+(number-
                    -)+"票,剩余："+number);
        }
    }
}

Lock 接口

【JUC并发编程】

公平锁：十分公平：可以先来后到

非公平锁：十分不公平：可以插队（默认）

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SaleTicketDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
// 并发：多线程操作同一个资源类, 把资源类丢入线程
        Ticket2 ticket = new Ticket2();
// @FunctionalInterface 函数式接口，jdk1.8 lambda表达式 (参数)->{ 代码 }
        new Thread(()->{for (int i = 1; i < 40 ; i++)
            ticket.sale();},"A").start();
        new Thread(()->{for (int i = 1; i < 40 ; i++)
            ticket.sale();},"B").start();
        new Thread(()->{for (int i = 1; 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 number = 30;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    public void sale(){
        lock.lock(); // 加锁
        try {
// 业务代码
            if (number>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖出了"+
                        (number--)+"票,剩余："+number);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock(); // 解锁
        }
    }
}

Synchronized 和 Lock 区别

Synchronized 内置的Java关键字， Lock 是一个Java类
Synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock 可以判断是否获取到了锁
Synchronized 会自动释放锁，lock 必须要手动释放锁！如果不释放锁，死锁
Synchronized 线程 1（获得锁，阻塞）、线程2（等待，傻傻的等）；Lock锁就不一定会等待下去；
Synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平；Lock ，可重入锁，可以判断锁，非公平（可以自己设置）；
Synchronized 适合锁少量的代码同步问题，Lock 适合锁大量的同步代码！

四、生产者和消费者问题

面试的：单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁

生产者和消费者问题 Synchronized 版

/**
 * 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！ 等待唤醒，通知唤醒
 * 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 number = 0;
    //+1
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        if (number!=0){ //0
    // 等待
            this.wait();
        }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
    // 通知其他线程，我+1完毕了
        this.notifyAll();
    }
    //-1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        if (number==0){ // 1
            // 等待
            this.wait();
        }
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
    // 通知其他线程，我-1完毕了
        this.notifyAll();
    }
}

问题存在，A B C D 4 个线程！虚假唤醒

假唤醒（spurious wakeup）是指在多线程编程中，线程在等某个条件时，即使没有其他线程通知或者中断它，它也会被唤醒。这种唤醒是不可预测的，因为它不是由其他线程发出的信号或者中断所引起的，也就是说，它是“虚假”的。

【JUC并发编程】

if 改为 while 判断

【JUC并发编程】

JUC版的生产者和消费者问题

【JUC并发编程】

通过Lock 找到 Condition

【JUC并发编程】

代码实现：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
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();
    }
}
// 判断等待，业务，通知
class Data2{ // 数字 资源类
    private int number = 0;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    //condition.await(); // 等待
    //condition.signalAll(); // 唤醒全部
    //+1
    public void increment() throws InterruptedException {
        任何一个新的技术，绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术，优势和补充！
        Condition 精准的通知和唤醒线程
        lock.lock();
        try {
            // 业务代码
            while (number!=0){ //0
                // 等待
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
            // 通知其他线程，我+1完毕了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //-1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number==0){ // 1
                // 等待
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
            // 通知其他线程，我-1完毕了
            condition.signalAll();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

任何一个新的技术，绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术，优势和补充！

Condition 精准的通知和唤醒线程

【JUC并发编程】

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * @author 狂神说Java 24736743@qq.com
 * A 执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A
 * 创建多个监视器来监视不同的方法条件
 */
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{ // 资源类 Lock
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int number = 1; // 1A 2B 3C
    public void printA(){
        lock.lock();
        try {
            // 业务，判断-> 执行-> 通知
            while (number!=1){
                  // 等待
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAAAA");
            // 唤醒，唤醒指定的人，B
            number = 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 (number!=2){
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBBBB");
            // 唤醒，唤醒指定的人，c
            number = 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
        // 业务，判断-> 执行-> 通知
            while (number!=3){
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBBBB");
        // 唤醒，唤醒指定的人，c
            number = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

五、八锁现象

如何判断锁的是谁！永远的知道什么锁，锁到底锁的是谁！

八锁现象是Java中多线程编程中的一个经典案例，用来说明多线程的并发问题。

八锁现象的实质是多个线程竞争同一资源时，不同的锁会导致线程的执行顺序不同，从而导致程序出现不同的结果。在多线程编程中，需要注意锁的使用，避免出现死锁、饥饿等问题。

synchronized 锁的对象是方法的调用者！
两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁执行！


import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 8锁，就是关于锁的8个问题
 * 1、标准情况下，两个线程先打印 发短信还是 打电话？ 1/发短信 2/打电话
 * 1、sendSms延迟4秒，两个线程先打印 发短信还是 打电话？ 1/发短信 2/打电话
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        //锁的存在
        new Thread(()->{
            phone.sendSms();
        },"A").start();
        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{
            phone.call();
        },"B").start();
    }
}
class Phone{
    // synchronized 锁的对象是方法的调用者！、
    // 两个方法用的是同一个锁，谁先拿到谁执行！
    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");
    }
}

两个对象，两个调用者，两把锁！

import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 3、 增加了一个普通方法后！先执行发短信还是Hello？ 普通方法
 * 4、 两个对象，两个同步方法， 发短信还是 打电话？ // 打电话
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象，两个调用者，两把锁！
        Phone2 phone1 = new Phone2();
        Phone2 phone2 = new Phone2();
        //锁的存在
        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();
        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"B").start();
    }
}
class Phone2{
    // 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");
    }
    // 这里没有锁！不是同步方法，不受锁的影响
    public void hello(){
        System.out.println("hello");
    }
}

两个对象的Class类模板只有一个，static，锁的是Class

import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 5、增加两个静态的同步方法，只有一个对象，先打印 发短信？打电话？
 * 6、两个对象！增加两个静态的同步方法， 先打印 发短信？打电话？
 */
public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象的Class类模板只有一个，static，锁的是Class
        Phone3 phone1 = new Phone3();
        Phone3 phone2 = new Phone3();
        //锁的存在
        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();
        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"B").start();
    }
}
// Phone3唯一的一个 Class 对象
class Phone3{
    // synchronized 锁的对象是方法的调用者！
    // 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");
    }
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 1、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，一个对象，先打印 发短信？打电话？
 * 2、1个静态的同步方法，1个普通的同步方法 ，两个对象，先打印 发短信？打电话？
 */
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个对象的Class类模板只有一个，static，锁的是Class
        Phone4 phone1 = new Phone4();
        Phone4 phone2 = new Phone4();
        //锁的存在
        new Thread(()->{
            phone1.sendSms();
        },"A").start();
        // 捕获
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{
            phone2.call();
        },"B").start();
    }
}
// Phone3唯一的一个 Class 对象
class Phone4{
    // 静态的同步方法 锁的是 Class 类模板
    public static synchronized void sendSms(){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("发短信");
    }
    // 普通的同步方法 锁的调用者
    public synchronized void call(){
        System.out.println("打电话");
    }
}

小结：new this 具体的一个手机，static Class 唯一的一个模板

六、集合类不安全

List 不安全

使用ArrayList运行以下代码会出现java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！

解决方案：

List<String> list = new Vector<>();
List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>()；

CopyOnWrite是Java中一种并发编程技术,它通过在写操作时复制一份数据,而不是直接修改原始数据来实现并发安全。CopyOnWrite的实现方式是在写操作时,先复制一份原始数据,对复制后的数据进行修改,修改完成后再将原始数据替换为新的数据。

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
// java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发下 ArrayList 不安全的吗，Synchronized；
        /**
         * 解决方案；
         * 1、List<String> list = new Vector<>();
         * 2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>
         ());
         * 3、List<String> 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
        // CopyOnWriteArrayList 比 Vector Nb 在哪里？
        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();
        }

    }
}

Set 不安全

同样的问题使用Set<String> set = new HashSet<>()，会出现ConcurrentModificationException并发修改异常

解决方案：

Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
/**
 * 同理可证 ： ConcurrentModificationException
 * //1、Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
 * //2、
 */
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 底层是什么？

当向HashSet中添加元素时，HashSet会将元素作为HashMap的键添加到HashMap中，如果该键已经存在，则不会添加，保证了HashSet中的元素不重复。HashSet的查询、插入和删除操作都是O(1)的时间复杂度，因此它是一种高效的集合实现方式。

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！

Map 不安全

回顾Map基本操作（默认加载因子0.75，初始容量16）

【JUC并发编程】

同样的问题使用HashMap会出现 ConcurrentModificationException 并发修改异常

解决方案：

Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
// ConcurrentModificationException
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<>();
        // 唯一的一个家庭作业：研究ConcurrentHashMap的原理
        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        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();
        }
    }
}

七、Callable ( 简单 )

【JUC并发编程】

相较于Runnable:

可以有返回值
可以抛出异常
方法不同，run()/ call()

代码测试

【JUC并发编程】

细节：
1、有缓存
2、结果可能需要等待，会阻塞！

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 1、探究原理
 * 2、觉自己会用
 */
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 thread = new MyThread();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(thread); // 适配类
        new Thread(futureTask,"A").start();
        new Thread(futureTask,"B").start(); // 结果会被缓存，效率高
        Integer o = (Integer) futureTask.get(); //这个get 方法可能会产生阻塞！把他放到最后
        // 或者使用异步通信来处理！
        System.out.println(o);
    }
}
class MyThread implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() {
        System.out.println("call()"); // 会打印几个call
// 耗时的操作
        return 1024;
    }
}

此时FutrueTask的state此时已非new状态，这个并不是缓存，是由于JVM第二次再调用FutrueTask对象所持有的线程则此时会直接结束对应线程，就会导致任务也不执行，只是在第一次调用时返回结果保存了，可能这就是老师所说的缓存

八、常用的辅助类(必会)

1、CountDownLatch

【JUC并发编程】

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
// 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(); // 等待计数器归零，然后再向下执行
        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！

2、CyclicBarrier

CyclicBarrier的构造函数可以传入一个整数n,表示需要等待的线程数,以及一个Runnable对象,表示所有线程都到达屏障点时需要执行的操作。CyclicBarrier有一个await()方法,当线程调用该方法时,它会等待其他线程都到达屏障点,然后继续执行。CyclicBarrier还有一个reset()方法,可以重置屏障点,使得CyclicBarrier可以被重复使用。

【JUC并发编程】

加法计数器

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierDemo {
public static void main(String[] args) {
/**
 * 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;
            // lambda能操作到 i 吗
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收
                        集"+temp+"个龙珠");
                try {
                    cyclicBarrier.await(); // 等待
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

3、Semaphore

Semaphore：信号量

【JUC并发编程】

抢车位：6车---3个停车位置

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class SemaphoreDemo {
    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();
        }
    }
}

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！

九、读写锁

ReadWriteLock

【JUC并发编程】

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 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
 * ReadWriteLock
 * 读-读 可以共存！
 * 读-写 不能共存！
 * 写-写 不能共存！
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();
        // 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();
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    // 存，写入的时候，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OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }
    // 取，读，所有人都可以读！
    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OK");
        } 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OK");
    }
    // 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OK");
    }
}

十、阻塞队列

【JUC并发编程】

阻塞队列：

【JUC并发编程】

BlockingQueue不是新的东西

【JUC并发编程】

什么情况下我们会使用阻塞队列：多线程并发处理，线程池！

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(,,)
移除	remove	poll()	take()	poll(,)
检测队首元素	element	peek	-	-


    /**
     * 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"));
        // IllegalStateException: Queue full 抛出异常！
        // System.out.println(blockingQueue.add("d"));
        System.out.println("=-===========");
        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());
    }

    /**
     * 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")); // false 不抛出异常！
        System.out.println("============================");
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll()); // null 不抛出异常！
    }

    /**
     * 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
    }

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

SynchronousQueue 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

import java.sql.Time;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 同步队列
 * 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> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队
        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()+"=>"+blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T2").start();
    }
}

十一、线程池(重点)

线程池：三大方法、7大参数、4种拒绝策略

池化技术

程序的运行，本质：占用系统的资源！优化资源的使用！=>池化技术

线程池、连接池、内存池、对象池///..... 创建、销毁。十分浪费资源

池化技术：事先准备好一些资源，有人要用，就来我这里拿，用完之后还给我。

线程池的好处:

降低资源的消耗
提高响应的速度
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

Executors.newSingleThreadExecutor();// 单个线程
Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个固定的线程池的大小
Executors.newCachedThreadPool(); // 可伸缩的，遇强则强，遇弱则弱

【JUC并发编程】

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

// 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 < 100; 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();
        }
    }
}

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(5, 5,
                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 handle // 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;
}

【JUC并发编程】

手动创建一个线程池


import java.util.concurrent.*;
// Executors 工具类、3大方法
/**
 * new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异
 常
 * new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 哪来的去哪里！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() //队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
 * new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() //队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会
 抛出异常！
 */
public class Demo01 {
    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 LinkedBlockingDeque<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试去和最早的竞争，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();
        }
    }
}

4种拒绝策略

new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 哪来的去哪里！
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() //队列满了，丢掉任务，不会抛出异常！
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() //队列满了，尝试去和最早的竞争，也不会抛出异常！

【JUC并发编程】

小结和拓展

池的最大的大小如何去设置！

了解：IO密集型，CPU密集型：（调优）

import java.util.concurrent.*;
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义线程池！工作 ThreadPoolExecutor
        // 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！
        // 2、IO 密集型 > 判断你程序中十分耗IO的线程，
        // 程序 15个大型任务 io十分占用资源！
        // 获取CPU的核数
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); //队列满了，尝试去和最早的竞争，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();
        }
    }
}

十二、四大函数式接口（必需掌握）

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

函数式接口：只有一个方法的接口

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
// 泛型、枚举、反射
// lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
// 超级多FunctionalInterface
// 简化编程模型，在新版本的框架底层大量应用！
// foreach(消费者类的函数式接口)

【JUC并发编程】

Function函数式接口

【JUC并发编程】

import java.util.function.Function;
/**
 * Function 函数型接口, 有一个输入参数，有一个输出
 * 只要是 函数型接口 可以 用 lambda表达式简化
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //
        // Function<String,String> function = new Function<String,String>() {
        // @Override
        // public String apply(String str) {
        // return str;
        // }
        // };
        Function<String,String> function = (str)->{return str;};
        System.out.println(function.apply("asd"));
    }
}

断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是布尔值！

【JUC并发编程】

import java.util.function.Predicate;
/**
 * 断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是 布尔值！
 */
public class Demo02 {
    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(""));
    }
}

Consumer 消费型接口

【JUC并发编程】

import java.util.function.Consumer;
/**
 * Consumer 消费型接口: 只有输入，没有返回值
 */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        // Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {
        // @Override
        // public void accept(String str) {
        // System.out.println(str);
        // }
        // };
        Consumer<String> consumer = (str)->{System.out.println(str);};
        consumer.accept("sdadasd");
    }
}

Supplier 供给型接口

【JUC并发编程】

import java.util.function.Supplier;
/**
 * Supplier 供给型接口 没有参数，只有返回值
 */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        // Supplier supplier = new Supplier<Integer>() {
        // @Override
        // public Integer get() {
        // System.out.println("get()");
        // return 1024;
        // }
        // };
        Supplier supplier = ()->{ return 1024; };
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

十三、Stream流式计算

什么是Stream流式计算

大数据：存储 + 计算
集合、MySQL 本质就是存储东西的；
计算都应该交给流来操作！

【JUC并发编程】

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
/**
 * 题目要求：一分钟内完成此题，只能用一行代码实现！
 * 现在有5个用户！筛选：
 * 1、ID 必须是偶数
 * 2、年龄必须大于23岁
 * 3、用户名转为大写字母
 * 4、用户名字母倒着排序
 * 5、只输出一个用户！
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1,"a",21);
        User u2 = new User(2,"b",22);
        User u3 = new User(3,"c",23);
        User u4 = new User(4,"d",24);
        User u5 = new User(6,"e",25);
        // 集合就是存储
        List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);
        // 计算交给Stream流
        // lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
        list.stream()
                .filter(u->{return u.getId()%2==0;})
                .filter(u->{return u.getAge()>23;})
                .map(u->{return u.getName().toUpperCase();})
                .sorted((uu1,uu2)->{return uu2.compareTo(uu1);})
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

十四、ForkJoin

什么是 ForkJoin

ForkJoin 在 JDK 1.7 ，并行执行任务！提高效率。大数据量！

大数据：Map Reduce （把大任务拆分为小任务）

【JUC并发编程】

ForkJoin 特点：工作窃取

这个里面维护的都是双端队列

【JUC并发编程】

ForkJoin

【JUC并发编程】

import java.util.concurrent.RecursiveTask;
/**
 * 求和计算的任务！
 * 3000 6000（ForkJoin） 9000（Stream并行流）
 * // 如何使用 forkjoin
 * // 1、forkjoinPool 通过它来执行
 * // 2、计算任务 forkjoinPool.execute(ForkJoinTask task)
 * // 3. 计算类要继承 ForkJoinTask
 */
public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {
    private Long start; // 1
    private Long end; // 1990900000
    // 临界值
    private Long temp = 10000L;
    public ForkJoinDemo(Long start, Long end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }
    // 计算方法
    @Override
    protected Long compute() {
        if ((end-start)<temp){
            Long sum = 0L;
            for (Long i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        }else { // forkjoin 递归
            long middle = (start + end) / 2; // 中间值
            ForkJoinDemo task1 = new ForkJoinDemo(start, middle);
            task1.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列
            ForkJoinDemo task2 = new ForkJoinDemo(middle+1, end);
            task2.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列
            return task1.join() + task2.join();
        }
    }
}

测试：

普通-ForkJoin-Stream并行流

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.stream.DoubleStream;
import java.util.stream.IntStream;
import java.util.stream.LongStream;
/**
 * 同一个任务，别人效率高你几十倍！
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
            InterruptedException {
            // test1(); // 12224
            // test2(); // 10038
            // test3(); // 153
    }
    // 普通程序员
    public static void test1(){
        Long sum = 0L;
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000; i++) {
            sum += i;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+sum+" 时间："+(end-start));
    }
    // 会使用ForkJoin
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(0L, 10_0000_0000L);
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);// 提交任务
        Long sum = submit.get();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+sum+" 时间："+(end-start));
    }
    public static void test3(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        // Stream并行流 () (]
        long sum = LongStream.rangeClosed(0L,10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+"时间："+(end-start));
    }
}

十五、异步回调

Future 设计的初衷：对将来的某个事件的结果进行建模

【JUC并发编程】

可以看另一篇博客说得比较详细：【谷粒商城之CompletableFuture异步编排】_异步编排谷粒商城_蛋饼吧的博客-CSDN博客

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 异步调用： CompletableFuture
 * // 异步执行
 * // 成功回调
 * // 失败回调
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
            InterruptedException {
            // 没有返回值的 runAsync 异步回调
            // CompletableFuture<Void> completableFuture =
                    CompletableFuture.runAsync(()->{
            // try {
            // TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            // } catch (InterruptedException e) {
            // e.printStackTrace();
            // }
            //
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"runAsync=>Void");
            // });
            //
            // System.out.println("1111");
            //
            // completableFuture.get(); // 获取阻塞执行结果
            // 有返回值的 supplyAsync 异步回调
            // ajax，成功和失败的回调
            // 返回的是错误信息；
            CompletableFuture<Integer> completableFuture =
                    CompletableFuture.supplyAsync(()->{
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"supplyAsync=>Integer");
                        int i = 10/0;
                        return 1024;
                    });
            System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
                System.out.println("t=>" + t); // 正常的返回结果
                System.out.println("u=>" + u);
                // 错误信息：java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / byzero
            }).exceptionally((e) -> {
                System.out.println(e.getMessage());
                return 233; // 可以获取到错误的返回结果
            }).get());
            /** 
             * succee Code 200
             * error Code 404 500
             */
        }
    }
}

十六、JMM

请你谈谈你对 Volatile 的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供轻量级的同步机制

保证可见性
不保证原子性
禁止指令重排

什么是JMM

JMM ： Java内存模型，不存在的东西，概念！约定！

关于JMM的一些同步的约定：

线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。
线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！
加锁和解锁是同一把锁

线程 工作内存、主内存

8种操作：

【JUC并发编程】

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和write操作在某些平台上允许例外）

lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量
才可以被其他线程锁定
read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便
随后的load动作使用
load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机
遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，
以便后续的write使用
write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内
存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

问题：程序不知道主内存的值已经被修改过了 （可以使用Volatile来解决）

【JUC并发编程】

十七、Volatile

1、保证可见性

import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class JMMDemo {
    // 不加 volatile 程序就会死循环！
    // 加 volatile 可以保证可见性
    private volatile static int num = 0;
    public static void main(String[] args) { // main
        new Thread(()->{ // 线程 1 对主内存的变化不知道的
            while (num==0){
            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        num = 1;
        System.out.println(num);
    }
}

2、不保证原子性

原子性 : 不可分割

线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败。

// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {
    // volatile 不保证原子性
    private volatile static int num = 0;

    public static void add() {
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //理论上num结果应该为 2 万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        while (Thread.activeCount() > 2) { // main gc
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

如果不加 lock 和 synchronized ，怎么样保证原子性

【JUC并发编程】

使用原子类，解决原子性问题

【JUC并发编程】

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {
// volatile 不保证原子性
// 原子类的 Integer
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();
    public static void add(){
        
        // num++; // 不是一个原子性操作
        num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法， CAS
    }
    public static void main(String[] args) {
        //理论上num结果应该为 2 万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        while (Thread.activeCount()>2){ // main gc
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！

指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

源代码-->编译器优化的重排--> 指令并行也可能会重排--> 内存系统也会重排---> 执行

处理器在进行指令重排的时候，考虑：数据之间的依赖性！

int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3
y = x * x; // 4
我们所期望的：1234 但是可能执行的时候回变成 2134 1324
可不可能是 4123！

【JUC并发编程】

非计算机专业

volatile可以避免指令重排：

内存屏障。CPU指令。作用：

1、保证特定的操作的执行顺序！

2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性）

【JUC并发编程】

Volatile 是可以保持可见性。不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

十八、彻底玩转单例模式

饿汉式 DCL懒汉式，深究！

饿汉式

// 饿汉式单例
public class Hungry {
    // 可能会浪费空间
    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data4 = new byte[1024*1024];
    private Hungry(){
    }
    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();
    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }
}

DCL 懒汉式

import com.sun.corba.se.impl.orbutil.CorbaResourceUtil;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
// 懒汉式单例
// 道高一尺，魔高一丈！
public class LazyMan {
    private static boolean qinjiang = false;
    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if (qinjiang == false){
                qinjiang = true;
            }else {
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
            }
        }
    }
    private volatile static LazyMan lazyMan;
    // 双重检测锁模式的 懒汉式单例 DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        if (lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if (lazyMan==null){
                    lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
    // 反射！
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
        Field qinjiang = LazyMan.class.getDeclaredField("qinjiang");
        qinjiang.setAccessible(true);
        Constructor<LazyMan> declaredConstructor =
                LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();
        qinjiang.set(instance,false);
        LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
    }
}
/**
 * 1. 分配内存空间
 * 2、执行构造方法，初始化对象
 * 3、把这个对象指向这个空间
 *
 * 123
 * 132 A
 * B // 此时lazyMan还没有完成构造
 */

静态内部类

// 静态内部类
public class Holder {
    private Holder(){
    }
    public static Holder getInstace(){
        return InnerClass.HOLDER;
    }
    public static class InnerClass{
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }
}

单例不安全，反射

枚举

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
// enum 是一个什么？ 本身也是一个Class类
public enum EnumSingle {
    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}
class Test{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,
            IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor =
                EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        // NoSuchMethodException: com.kuang.single.EnumSingle.<init>()
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

【JUC并发编程】

枚举类型的最终反编译源码：

// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3)
// Source File Name: EnumSingle.java
package com.kuang.single;
public final class EnumSingle extends Enum
{
    public static EnumSingle[] values()
    {
        return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
    }
    public static EnumSingle valueOf(String name)
    {
        return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/kuang/single/EnumSingle, name);
    }
    private EnumSingle(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }
    public EnumSingle getInstance()
    {
        return INSTANCE;
    }
    public static final EnumSingle INSTANCE;
    private static final EnumSingle $VALUES[];
    static
    {
        INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
        $VALUES = (new EnumSingle[] {
                INSTANCE
        });
    }
}

十九、深入理解CAS

什么是 CAS

CAS是compare and swap的缩写，即我们所说的比较交换。cas是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。在java中锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加version来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class CASDemo {
    // CAS compareAndSet : 比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        // 期望、更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        atomicInteger.getAndIncrement()
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

Unsafe 类

【JUC并发编程】

CAS ：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么则执行操作！如果不是就一直循环！

缺点：

循环会耗时
一次性只能保证一个共享变量的原子性
ABA问题

CAS ： ABA 问题（狸猫换太子）

解决方法见下面的原子引用

【JUC并发编程】

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class CASDemo {
    // CAS compareAndSet : 比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
        // 期望、更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        // 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！
        // ============== 捣乱的线程 ==================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        // ============== 期望的线程 ==================
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

二十、原子引用

解决ABA 问题，引入原子引用！对应的思想：乐观锁！

带版本号的原子操作！AtomicStampedReference

这里使用的是AtomicStampedReference的compareAndSet函数，这里面有四个参数：

compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp)。

（1）第一个参数expectedReference：表示预期值。

（2）第二个参数newReference：表示要更新的值。

（3）第三个参数expectedStamp：表示预期的时间戳。

（4）第四个参数newStamp：表示要更新的时间戳。

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;
public class CASDemo {
    //AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题
    // 正常在业务操作，这里面比较的都是一个个对象
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new
            AtomicStampedReference<>(1, 1);

    // CAS compareAndSet : 比较并交换！
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
            System.out.println("a1=>" + stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1);
            System.out.println("a2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>" + atomicStampedReference.getStamp());
        }, "a").start();
        // 乐观锁的原理相同！
        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
            System.out.println("b1=>" + stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6,
                    stamp, stamp + 1));
            System.out.println("b2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
        }, "b").start();
    }
}

注意：Integer 使用了对象缓存机制，默认范围是 -128 ~ 127 ，推荐使用静态工厂方法 valueOf 获取对象实例，而不是 new，因为 valueOf 使用缓存，而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间

【JUC并发编程】

二十一、各种锁的理解

1、公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能够插队，必须先来后到！
非公平锁：非常不公平，可以插队（默认都是非公平）

    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

2、可重入锁

可重入锁（递归锁）

【JUC并发编程】

Synchronized

import javax.sound.midi.Soundbank;
// Synchronized
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }
}
class Phone{
    public synchronized void sms(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
        call(); // 这里也有锁
    }
    public synchronized void call(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
    }
}

Lock 版

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone2 phone = new Phone2();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }
}
class Phone2{
    Lock lock = new ReentrantLock();
    public void sms(){
        lock.lock(); // 细节问题：lock.lock(); lock.unlock(); // lock 锁必须配对，否则就会死在里面
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");
            call(); // 这里也有锁
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
    }
    public void call(){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3、自旋锁

spinlock

【JUC并发编程】

我们来自定义一个锁测试

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
/**
 * 自旋锁
 */
public class SpinlockDemo {
    // int 0
    // Thread null
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();
    // 加锁
    public void myLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock");
    // 自旋锁
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){
        }
    }
    // 解锁
    // 加锁
    public void myUnLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock");
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
    }
}

测试

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class TestSpinLock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
        // reentrantLock.lock();
        // reentrantLock.unlock();
        // 底层使用的自旋锁CAS
        SpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();
        new Thread(()-> {
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        },"T1").start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        new Thread(()-> {
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        },"T2").start();
    }
}

【JUC并发编程】

4、死锁

死锁是什么

【JUC并发编程】

死锁测试，怎么排除死锁：

import com.sun.org.apache.xpath.internal.SourceTree;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String lockA = "lockA";
        String lockB = "lockB";
        new Thread(new MyThread(lockA, lockB), "T1").start();
        new Thread(new MyThread(lockB, lockA), "T2").start();
    }
}
class MyThread implements Runnable{
    private String lockA;
    private String lockB;
    public MyThread(String lockA, String lockB) {
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (lockA){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "lock:"+lockA+"=>get"+lockB);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockB){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        "lock:"+lockB+"=>get"+lockA);
            }
        }
    }
}