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2021
10-25

带你快速搞定java多线程(3)

一、锁的概念

先来聊聊这几个概念,总不能聊起来的时候啥也不知道,只知道干活也没有用。

公平锁:当线程A获取访问该对象,获取到锁后,此时内部存在一个计数器num+1,其他线程想访问该对象,就会进行排队等待(等待队列最前一个线程处于待唤醒状态),直到线程A释放锁(num = 0),此时会唤醒处于待唤醒状态的线程进行获取锁的操作,一直循环。如果线程A再次尝试获取该对象锁时,会检查该对象锁释放已经被占用,如果还是当前线程占用锁,则直接获得锁,不用进入排队。

非公平锁:当线程A在释放锁后,等待对象的线程会进行资源竞争,竞争成功的线程将获取该锁,其他线程继续睡眠。

公平锁是严格的以FIFO的方式进行锁的竞争,但是非公平锁是无序的锁竞争,刚释放锁的线程很大程度上能比较快的获取到锁,队列中的线程只能等待,所以非公平锁可能会有“饥饿”的问题。但是重复的锁获取能减小线程之间的切换,而公平锁则是严格的线程切换,这样对操作系统的影响是比较大的,所以非公平锁的吞吐量是大于公平锁的,这也是为什么JDK将非公平锁作为默认的实现。

悲观锁:总是假设最坏的情况,每次想要使用数据的时候就恰好别人也要修改数据,一切是以安全第一,所以在每次操作资源的时候都会先加锁,不管有没有人抢,然后独占资源。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现

乐观锁:乐观锁和悲观锁刚好相反,假定自己使用资源的时候没有人抢,所以不需要上锁。乐观锁的实现方案一般来说有两种:版本号机制 和 CAS实现 。下期可能会讲。

在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

二、synchronized 的使用方式

场景 具体分类 锁对象 代码示例
修饰方法 实例方法 当前实例对象 public synchronized void method () { ... }
... 静态方法 当前类的Class对象 public static synchronized void method () { ... }
修饰代码块 代码块 ( )中配置的对象 synchronized(object) { ... }

三、synchronized 的实现原理列

想知道原来先去底层看下,看看字节码是什么样子的,let's go!

  private static Object lock = new Object();
  public static synchronized void testSyn() {
      System.out.println("香菜");
  }
  public synchronized void testSyn2() {
      System.out.println("香菜");
  }
  public static void testObj() {
      synchronized (lock) {
          System.out.println("香菜");
      }
  }

看下字节码:

图片

可以看到synchronized 的地方使用的是monitorenter指令,每个对象都和一个monitor对象关联,主要用来控制互斥资源的访问,如果你想要加锁必须先获得monitor的批准,如果现在正有线程访问,会把申请的线程加入到等待队列。

小结

1、 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,如果它作用的对象是非静态的,则它取得的锁是对象;如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类,则它取得的锁是对class对象的锁,该类所有的对象同一把锁。2、每个对象只有一个锁(lock)与之相关联,谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。

3、实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制,避免做嵌套synchronized 的使用。

4、synchronized 要尽量控制范围,不能范围太大,否则会损失系统性能。

四、线程池是什么

线程池就是一个对象持有一堆线程,举个例子就是饿了么养的骑手团队。线程池就是这个团队,每个骑手都是一个线程。

五、为什么要用线程池?

假如现在商家有外卖单子,需要骑手去送单,这个时候的外卖任务就会派单给骑手,为什么要用线程池呐?

有几个好处,第一就是骑手的招聘是有成本的,等你有了外卖订单再去招聘,来不及了,不如平常养一些骑手,线程的创建和销毁的开销是巨大的。

第二就是不能一个单子来了就来一个骑手,这样的话骑手的数量很难控制,对于派单来说也存在很大的压力,会造成整个骑手团队的崩溃,对应的就是可以通过线程池控制系统内的线程数量,有效的避免大量的线程池争夺CPU资源而造成堵塞。

第三如果养了一个骑手团队,这样在骑手的管理上可以规范,以便提供更好的外卖服务,比如这种外卖超时,骑手打星等。对比线程池就是线程池可以提供定时、定期、单线程、并发数控制等功能。

六、看下类图,从整体上理解下

图片

七、线程池的创建

图片

线程池主要使用的四种

固定数量的线程池(FixedThreadPool

定时线程池(ScheduledThreadPool

可缓存线程池(CachedThreadPool

单线程化线程池(SingleThreadExecutor

八、线程池核心参数说明

首先看下如何构造一个线程池

  public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
      return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory);
      public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                            ThreadFactory threadFactory,
                            RejectedExecutionHandler handler)

核心参数说明:

图片

九、几个疑问点

9.1、是怎么保证线程不销毁的?

核心线程会阻塞等待workQueue

9.2 提交任务有哪几种方式?

图片

9.3 拒绝策略都有哪些?

拒绝策略(handler)当线程池的线程数达到最大线程数时,需要执行拒绝策略。拒绝策略需要实现RejectedExecutionHandler接口,并实现rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)方法。不过Executors框架已经为我们实现了4种拒绝策略:

AbortPolicy(默认):丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。

CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务。

DiscardPolicy:丢弃任务,但是不抛出异常。可以配合这种模式进行自定义的处理方式。

DiscardOldestPolicy:丢弃队列最早的未处理任务,然后重新尝试执行任务。

9.4 线程池的关闭

关闭线程池可以调用shutdownNow和shutdown两个方法来实现

shutdownNow:对正在执行的任务全部发出interrupt(),停止执行,对还未开始执行的任务全部取消,并且返回还没开始的任务列表。

shutdown:当我们调用shutdown后,线程池将不再接受新的任务,但也不会去强制终止已经提交或者正在执行中的任务。

9.5 初始化线程池时线程数的选择

如果任务是IO密集型,一般线程数需要设置2倍CPU数以上,以此来尽量利用CPU资源。

如果任务是CPU密集型,一般线程数量只需要设置CPU数加1即可,更多的线程数也只能增加上下文切换,不能增加CPU利用率。

具体问题具体分析。

十、总结

线程池是项目中常用的,需要理解线程池的应用场景和构造函数,正确的使用线程池。

本篇文章就到这里了,希望能给你带来帮助,也希望您能够多多关注自学编程网的更多内容!

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