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重入锁
ReentrantLock
是指一个线程在执行过程中可以多次获取的同一个锁,加锁和解锁操作必须成对出现lock、unlock
,在 JDK 1.5 之前,重入锁的性能远好于synchronized
,在 JDK 1.6 之后两者性能差距不大- 使用了重入锁后,线程可以被中断,即在等待锁的过程中可取消对锁的请求,
lock.lockInterruptibly()
以可以对中断进行响应方式申请锁,捕捉InterruptedException
即可 -
tryLock
用于对锁请求限时,成功获得锁返回 true,否则返回 false,不带参数表示立即返回请求结果 - 重入锁支持公平模式,
public ReentrantLock(boolean fair)
,但是公平锁的性能相对更低
- 使用了重入锁后,线程可以被中断,即在等待锁的过程中可取消对锁的请求,
- 重入锁实现主要包含三个要素
- 原子状态,使用CAS操作存储当前锁的状态
- 等待队列,没有请求到锁的线程会进入等待队列,待有线程释放锁后,系统就能从等待队列中唤醒一个线程
- 阻塞原语
park, unpark
,用来挂起和恢复线程
- 通过
Lock
接口的newCondition()
方法可生成一个与当前重入锁绑定的Condition
实例,其包括如下主要方法,调用前必须先获取锁-
await()
会使当前线程等待,同时释放当前锁,当其他线程中使用signal、signalAll
时,线程会重新获得锁并继续执行;而当线程被中断时,也能跳出等待 -
awaitUninterruptibly()
与await()
基本相同,但是它并不会在等待过程中响应中断 -
signal()、signalAll()
用于唤醒线程,分别对应一个和所有
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信号量 Semaphore 区别于读写锁可以指定多个线程,同时访问某一资源,构造时必须指定准入数,主要包括以下常用方法:
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acquire
获取一个准入许可,若无法获取则等待,直到有线程释放一个许可或者当前线程被中断 -
acquireUninterruptibly
与acquire
相似,但不会响应中断 -
tryAcquire
尝试获取一个许可,如果成功返回 true -
release
用于在线程范文资源结束后释放一个许可
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读写锁
ReadWriteLock
,读读不互斥,读写互斥,写写互斥,如果读远大于写,则有明显的性能提升 -
倒计时器
CountDownLatch
用来控制线程等待,可以让某个线程等待直到倒计时结束再执行,入参的整数表示计数器计数个数,CountDownLatch.await()
会等待计时结速后之行后续代码 -
循环栅栏
CyclicBarrier
,接受入参为计数个数,和计数达成后的Runnable
对象,例如,假设参与计数的线程执行相同的代码,则参与计数的线程执行await()
,等待其他一起参与计数的线程完成计数后,再执行后续代码片段X,可选择再执行await()
等待其他线程都执行完代码片段X -
LockSupport
可以在线程内任何位置让线程阻塞,park、parkNanos、parkUnit
可以(定时)阻塞当前线程,unpark
可以解除阻塞,当unpark
发生在park
之前时,下一次的park
操作会立即返回,其原理类似于信号量,park
操作后线程的状态将是 WAITING,甚至会标注是park
,park(obj)
会标注 obj 为阻塞对象。park
阻塞线程后,不会抛出InterruptedException
异常,可以用Thread.interrupted()
等方法获得中断标记 -
ThreadPoolExecutor
表示一个线程池,Executors
则扮演这线程池工厂,可通过它取得一个拥有特定功能的线程池-
newFixedThreadPool
返回一个固定线程数量的线程池,当新任务提交但池中空闲线程不足时,新任务暂存在任务队列中 -
newSingleThreadExecutor
返回只有一个线程的线程池,多得任务会保存在任务队列中排队调度 -
newCachedThreadPool
返回动态数量的线程池,不够用时创建新的线程,够用时复用 -
newSingleThreadShceduledExecutor
返回线程数量为1的固定延时或者周期性执行某任务的线程池 -
newScheduledThreadPool
返回指定线程数量的固定延时或者周期性执行任务的线程池
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ScheduledExecutorService
接口提供了固定周期和固定时延的调度方式,如果任务遇到异常,后续所有子任务都会停止调度-
scheduleAtFixedRate
在初始时延首次执行后,可以以固定的周期执行,initDelay + n * T
,但前提是必须在上一周期任务执行完毕后,否则必须待上一周期结束后立即执行 -
scheduleWithFixedDelay
在初始时延首次执行后,可以按照上次执行结束后固定时延周期执行
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ThreadPoolExecutor
是核心线程池类,newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newCachedThreadPool
都是调用该类的构造方法
,参数有:- corePoolSize:指定了线程池中的线程数量
- maximumPoolSize:指定了线程池中的最大线程数量
- keepAliveTime:当线程池数量超过 corePoolSize 时,空闲线程的存活时间
- unit:keepAliveTime 的单位
- workQueue:任务队列,被提交但尚未被执行的任务。可用 SynchronousQueue(直接提交队列,没有空闲则执行拒绝策略),ArrayBlockingQueue(有界任务队列),LinkedBlockingQueue(无界任务队列),PriorityBlockingQueue(优先任务队列)
- threadFactory:线程工厂,用于创建线程
- handler:拒绝策略,需实现
RejectedExecutionHandler
接口
a. AbortPolicy 直接抛出异常,阻止系统正常工作;
b. CallerRunsPolicy 只要线程池未关闭,直接在调用者线程中运行当前被丢弃的任务;
c. DiscardOledestPolicy 丢弃最老的一个请求;
d. DiscardPolicy 丢弃无法处理的任务,不予任何处理
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ThreadPoolExecutor
提供了beforeExecute、afterExecute、terminated
三个接口控制线程池,分别用于线程执行前,线程执行后和线程池关闭 -
ThreadFactory
接口只有一个newThread(Runnable r)
方法用来创建线程,自定义线程池可设置池中所有线程的状态,比如跟踪线程池何时创建了多少线程,自定义线程名、优先级、是否守护线程等 -
ExecutorService
中的execute、submit
两个方法有三点区别:- 入参不同,
execute
只接受Runnable
,而submit
还可以接受Callable
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submit
方法是有返回值的 -
submit
可以通过future.get
来获取异常信息,execute
只能用UncaughtExceptionHandler
来处理异常,Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler
- 入参不同,
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ForkJoinPool
线程池,执行ForkJoinTask
可fork
任务分解和join
任务等待返回,ForkJoinTask
有两个重要子类RecursiveAction、RecursiveTask
分别表示没有返回值的任务和有返回值的任务public class CountTask extends RecursiveTask<Long> { private static final int THRESHOLD = 10000; private long start; private long end; public CountTask(long start, long end) { this.start = start; this.end = end; } @Override protected Long compute() { long sum = 0; boolean canCompute = (end - start) < THRESHOLD; if (canCompute) { for (long i=start; i<=end; i++) { sum += i; } } else { long step = (start+end) / 100; ArrayList<CountTask> subTasks = new ArrayList<>(); long pos = start; for (int i = 0; i < 100; i++) { long lastOne = pos + step; if (lastOne > end) { lastOne = end; } CountTask subTask = new CountTask(pos, lastOne); pos += step + 1; subTasks.add(subTask); subTask.fork(); } for (CountTask subTask : subTasks) { sum += subTask.join(); } } return sum; } public static void main(String[] args) { ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(); CountTask task = new CountTask(0, 200000L); ForkJoinTask<Long> result = forkJoinPool.submit(task); try { long res = result.get(); System.out.println("sum="+res); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } }
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Collections.synchronicedMap(new HashMap())
包装返回的的SynchronizedMap
,所有操作都会通过synchronized(mutex)
来实现,性能不及ConcurrentHashMap
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ConcurrentLinkedQueue
使用 CAS 操作实现的链表 -
CopyOnWriteArrayList
读无需加锁,写也不会阻塞读,只有写写需要同步等待,真正写入时会做一次数据复制,将修改的内容写入副本,写完后用副本替换原来的数据 -
BlockingQueue
是一个接口ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue
为主要实现,主要用于进程之间通讯,内部使用了锁和Condition
来实现阻塞,poll、offer
是无阻塞立即返回的方法,take、put
会阻塞等待 -
SkipList
是一种分层索引的链表数据结构,最底层的链表维护了所有元素,每上面一层链表都是下面一层的子集,而且每一层的数据都是有序的。JDK中的跳表实现是ConcurrentSkipListMap
,数据结构包括数据Node
和索引Index
,所有操作都采用 CASstatic final class Node<K, V> { final K key; volatile Object value; volatile Node<K, V> next; } static class Index<K, V> { final Node<K, V> node; final Index<K, V> down; volatile Index<K, V> right; }
第3章 JDK并发包
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