转载

Java并发J.U.C学习总结

JSR 166及J.U.C

什么是JSR：

JSR，全称 Java Specification Requests，即Java规范提案，主要是用于向JCP(Java Community Process)提出新增标准化技术规范的正式请求。每次JAVA版本更新都会有对应的JSR更新，比如在Java 8版本中，其新特性Lambda表达式对应的是 JSR 335 ，新的日期和时间API对应的是 JSR 310 。

什么是JSR 166：

当然，本文的关注点仅仅是 JSR 166 ，它是一个关于Java并发编程的规范提案，在JDK中，该规范由java.util.concurrent包实现，是在JDK 5.0的时候被引入的；

另外JDK6引入Deques、Navigable collections，对应的是JSR 166x，JDK7引入fork-join框架，用于并行执行任务，对应的是JSR 166y。

什么是J.U.C：

即java.util.concurrent的缩写，该包参考自EDU.oswego.cs.dl.util.concurrent，是JSR 166标准规范的一个实现；

膜拜

那么，JSR 166以及J.U.C包的作者是谁呢，没错，就是Doug Lea大神，挺牛逼的，大神级别任务，贴张照片膜拜下。。。

Java并发J.U.C学习总结

Executor框架（线程池、 Callable 、Future）

什么是Executor框架

简单的说，是一个任务的执行和调度框架(线程池),将任务的提交过程和执行过程分离开来,涉及的类如下图所示：

Java并发J.U.C学习总结

其中，最顶层是Executor接口，它的定义很简单，一个用于执行任务的execute方法，如下所示：

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

另外，我们还可以看到一个Executors类，它是一个工具类（有点类似集合框架的Collections类），用于创建 ExecutorService 、 ScheduledExecutorService 、 ThreadFactory 和 Callable对象。

典型步骤：

定义好任务（如Callable对象），把它提交给ExecutorService（如线程池）去执行，得到Future对象，然后调用Future的get方法等待执行结果即可。

举个例子（不完整，仅仅演示流程）：

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();//创建线程池
Task task = new Task(); //创建Callable任务
Future<Integer> result = executor.submit(task);//提交任务给线程池执行
result.get()；//等待执行结果; 可以传入等待时间参数，指定时间内没返回的话，直接结束

什么是任务：

实现Callable接口或Runnable接口的类，其实例就可以成为一个任务提交给ExecutorService去执行；

其中Callable任务可以返回执行结果，Runnable任务无返回结果；

什么是线程池

线程池提供了一种限制和管理资源(线程)的方式,每个线程池还维护了一些基本的统计信息,例如:已完成的任务数量

使用线程池的优点：

1.降低资源消耗 : 重复利用已创建的线程降低了线程的新建,销毁造成的消耗

2.提高响应速度 : 任务需要执行时,不需要等待线程的创建,提高了响应速度

3.提高线程的可管理性 : 线程是稀缺资源,如果无限制创建,不仅会消耗系统资源而且还会降低系统的稳定性,使用线程池可以对多个线程进行统一分配,调优和监控

线程池的创建

方式一:通过ThreadPoolExecutor的构造方法实现

Java并发J.U.C学习总结

参数解析:

1.corePoolSize(线程池的基本大小): 线程池基本的线程创建数量, 任务数<基本大小,即便有现成可用空闲线程也会创建新线程执行,大于等于时才利用空闲线程

2.maximumPoolSize(线程池最大数量) : 有界队列中,无空闲线程执行任务,且线程数已到达基本大小时任务会被放置于任务队列之中,当任务队列已满时,任务仍然无线程可执行,就会新创建线程,而此参数即是限制此线程数量

3.keepAliveTime(线程活动保持时间) : 线程空闲时能够继续存活的时间

4.TimeUnit(线程活动保持时间的单位) :单位有天,时,分,秒,毫秒,微秒,纳秒

5. workQueue(任务队列) : 用以保存等待线程执行的任务的阻塞队列

6.threadFactory(创建线程的线程工厂) : 可以通过自定义线程工厂来自定义池中的线程

7. RejectExecutionHandler(饱和策略) : 任务队列和线程池都满的情况下,仍有任务需要执行时采取的应对策略,默认AbortPolicy直接抛出异常

饱和策略:

1. AbortPolicy：直接抛出异常。

2. CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。

3. DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。

4. DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

当然，也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler 接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

方式二:通过Executor框架的工具类Executors来实现

newCachedThreadPool ：大小不受限，当线程释放时，可重用该线程；
newFixedThreadPool ：大小固定，无可用线程时，任务需等待，直到有可用线程；
newSingleThreadExecutor ：创建一个单线程，任务会按顺序依次执行；
newScheduledThreadPool：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

注意:

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

Executors 创建线程池对象的弊端如下：

FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor ：允许请求的队列长度Integer.MAX_VALUE，可能堆积大量的请求，从而导致 OOM。CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool ：允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ，可能会创建大量线程，从而导致 OOM。

创建线程池中的线程数一般怎么设置,需要考虑哪些问题?

1.线程池中线程执行任务的性质: 任务为IO密集型还是计算密集型,IO型主要消耗在IO流的等待中,cpu使用率较低,自然线程数量设置较少,同样计算密集型较多

2.CPU使用率:可观察CPU使用率来判定线程数量,并不是越多越好

当线程数量大时,第一线程的频繁创建会消耗大量的资源.第二,线程数量多,并发处理任务会出现任务集中在很短的时间内全部完成,任务不会在任务队列中阻塞,而完成之后CPU便处于空闲状态,此时 CPU的使用率会呈现锯齿状态,短时间飙高,而正确的使用率应该处于一个平缓的状态,让部分任务阻塞在队列之中等待执行,既复用了线程,又使得CPU使用率呈现平缓状态

3.内存使用率: 线程数量和队列大小都会影响内存使用率,队列大小应该通过计算任务的数量进行合理设置

4.下游系统抗并发能力: 考虑下游业务逻辑代码承受线程并发的能力

补充：批量任务的执行方式

方式一：首先定义任务集合，然后定义Future集合用于存放执行结果，执行任务，最后遍历Future集合获取结果；

优点：可以依次得到有序的结果；
缺点：不能及时获取已完成任务的执行结果；

方式二：首先定义任务集合，通过CompletionService包装ExecutorService，执行任务，然后调用其take()方法去取Future对象

优点：及时得到已完成任务的执行结果
缺点：不能依次得到结果

这里稍微解释下，在方式一中，从集合中遍历的每个Future对象并不一定处于完成状态，这时调用get()方法就会被阻塞住，所以后面的任务即使已完成也不能得到结果；而方式二中，CompletionService的实现是维护一个保存Future对象的BlockingQueue，只有当这个Future对象状态是结束的时候，才会加入到这个Queue中，所以调用take()1能从阻塞队列中拿到最新的已完成任务的结果；

AbstractQueuedSynchronizer （AQS框架）

什么是AQS框架

AQS框架是J.U.C中实现锁及同步机制的基础，其底层是通过调用 LockSupport .unpark()和 LockSupport .park()实现线程的阻塞和唤醒。

AbstractQueuedSynchronizer是一个抽象类，主要是维护了一个int类型的state属性和一个非阻塞、先进先出的线程等待队列；其中state是用volatile修饰的，保证线程之间的可见性，队列的入队和出对操作都是无锁操作，基于自旋锁和CAS实现；另外AQS分为两种模式：独占模式和共享模式，像ReentrantLock是基于独占模式模式实现的，CountDownLatch、CyclicBarrier等是基于共享模式。

Java并发J.U.C学习总结

简单举个例子

非公平锁的lock方法的实现：


    
   
 final void lock() {
      //CAS操作，如果State为0（表示当前没有其它线程占有该锁），则将它设置为1
      if (compareAndSetState(0, 1))     
          setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
      else
          acquire(1);
}

首先是不管先后顺序，直接尝试获取锁（非公平的体现)，成功的话，直接独占访问；

如果获取锁失败，则调用AQS的acquire方法，在该方法内部会调用tryAcquire方法再次尝试获取锁以及是否可重入判断，如果失败，则挂起当前线程并加入到等待队列；

具体可查看ReentrantLock.NonfairSync类和AbstractQueuedSynchronizer类对应的源码。