Java并发编程（学习笔记）.xmind

Java并发编程 背景介绍 并发历史 必要性 进程 资源分配的最小单位 线程 CPU调度的最小单位 线程的优势 （1）如果设计正确，多线程程序可以通过提高处理器资源的利用率来提升系统吞吐率 （2）建模简单：通过使用线程可以讲复杂并且异步的工作流进一步分解成一组简单并且同步的工作流，每个工作流在一个单独的线程中运行，并在特定的同步位置交互 （3）简化异步事件的处理：服务器应用程序在接受来自多个远程客户端的请求时，如果为每个连接都分配一个线程并且使用同步IO，就会降低开发难度 （4）用户界面具备更短的响应时间：现代GUI框架中大都使用一个事件分发线程（类似于中断响应函数）来替代主事件循环，当用户界面用有事件发生时，在事件线程中将调用对应的事件处理函数（类似于中断处理函数） 线程的风险 线程安全性：永远不发生糟糕的事情 活跃性问题：某件正确的事情迟早会发生 问题：希望正确的事情尽快发生 服务时间过长 响应不灵敏 吞吐率过低 资源消耗过高 可伸缩性较低 线程的应用场景 Timer 确保TimerTask访问的对象本身是线程安全的 Servlet和JSP Servlet本身要是线程安全的 正确协同一个Servlet访问多个Servlet共享的信息 远程方法调用（RMI） 正确协同多个对象中的共享状态 正确协同远程对象本身状态的访问 Swing和AWT 事件处理器与访问共享状态的其他代码都要采取线程安全的方式实现 框架通过在框架线程中调用应用程序代码将并发性引入应用程序，因此对线程安全的需求在整个应用程序中都需要考虑 基础知识 线程安全性 定义 当多个线程访问某个类时，这个类始终能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的 无状态对象一定是线程安全的，大多数Servlet都是无状态的 原子性 一组不可分割的操作 竞态条件 基于一种可能失效的观察结果来做出判断或执行某个计算 复合操作：执行复合操作期间，要持有锁 锁的作用 加锁机制、用锁保护状态、实现共享访问 锁的不恰当使用可能会引起程序性能下降 对象的共享使用策略 线程封闭：线程封闭的对象只能由一个线程拥有并修改 Ad-hoc线程封闭 栈封闭 ThreadLocal类 只读共享：不变对象一定是线程安全的 尽量将域声明为final类型，除非它们必须是可变的 分类 不可变对象 事实不可变对象 线程安全共享 封装有助于管理复杂度 线程安全的对象在其内部实现同步，因此多个接口可以通过公有接口来进行访问 保护对象：被保护的对象只能通过特定的锁来访问 将对象封装到线程安全对象中 由特定锁保护 保护对象的方法 对象的组合 设计线程安全的类 实例封闭 线程安全的委托 委托是创建线程安全类的最有效策略，只需要让现有的线程安全类管理所有的状态 在现有线程安全类中添加功能 将同步策略文档化 基础构建模块 同步容器类 分类 Vector Hashtable 实现线程安全的方式 将状态封装起来，对每个公有方法都进行同步 存在的问题 复合操作 修正方式 客户端加锁 迭代器 并发容器 ConcurrentHashMap 用于替代同步且基于散列的Map CopyOnWriteArrayList 用于在遍历操作为主要操作的情况下替代同步的List Queue ConcurrentLinkedQueue *BlockingQueue 提供了可阻塞的put和take方法 生产者-消费者模式 中断的处理策略 传递InterruptedException 恢复中断，让更高层的代码处理 PriorityQueue（非并发） ConcurrentSkipListMap 替代同步的SortedMap ConcurrentSkipListSet 替代同步的SortedSet Java 5 Java 6 同步工具类 闭锁 *应用场景 （1）确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化后才能继续执行 （2）确保某个服务在其所依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动 （3）等待知道某个操作的所有参与者都就绪再继续执行 CountDownLatch：可以使一个或多个线程等待一组事件发生 FutureTask *应用场景 （1）用作异步任务使用，且可以使用get方法获取任务的结果 （2）用于表示一些时间较长的计算 状态 等待运行 正在运行 运行完成 使用Callable对象实例化FutureTask类 信号量（Semaphore） 用来控制同时访问某个特定资源的操作数量，或者同时执行某个指定操作的数量 管理者一组虚拟的许可。acquire获得许可（相当于P操作），release释放许可（相当于V操作） 应用场景 （1）二值信号量可用作互斥体（mutex） （2）实现资源池，例如数据库连接池 （3）使用信号量将任何一种容器变成有界阻塞容器 栅栏 能够阻塞一组线程直到某个事件发生 栅栏和闭锁的区别 所有线程必须同时到达栅栏位置，才能继续执行 闭锁用于等待事件，而栅栏用于等待线程 栅栏可以重用 形式 CyclicBarrier 可以让一定数量的参与线程反复地在栅栏位置汇集 应用场景在并行迭代算法中非常有用 Exchanger 这是一种两方栅栏，各方在栅栏位置上交换数据。 应用场景：当两方执行不对称的操作（读和取） 线程池 任务与执行策略之间的隐形耦合 线程饥饿死锁 运行时间较长的任务 设置线程池的大小 配置ThreadPoolExecutor 构造参数 corePoolSize 核心线程数大小，当线程数<corePoolSize ，会创建线程执行runnable maximumPoolSize 最大线程数，当线程数 >= corePoolSize的时候，会把runnable放入workQueue中 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常，告诉调用者“我不能再接受任务了” keepAliveTime 保持存活时间，当线程数大于corePoolSize的空闲线程能保持的最大时间。 workQueue 保存任务的阻塞队列 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列。如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建线程运行这个任务 threadFactory 创建线程的工厂 handler 拒绝策略 unit 是一个枚举，表示 keepAliveTime 的单位（有NANOSECONDS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, SECONDS, MINUTES, HOURS, DAYS，7个可选值 线程的创建与销毁 管理队列任务 饱和策略 AbortPolicy DiscardPolicy DiscardOldestPolicy CallerRunsPolicy 线程工厂 在调用构造函数后再定制ThreadPoolExecutor 扩展 ThreadPoolExecutor afterExecute(Runnable r, Throwable t) beforeExecute(Thread t, Runnable r) terminated 递归算法的并行化 构建并发应用程序 任务执行 在线程中执行任务 清晰的任务边界以及明确的任务执行策略 任务边界 大多数服务器以独立的客户请求为界 在每个请求中还可以发现可并行的部分 任务执行策略 在什么（What）线程中执行任务？ 任务按照什么（What）顺序执行（FIFO、LIFO、优先级）？ 有多少个（How Many）任务能并发执行？ 在队列中有多少个（How Many）任务在等待执行？ 如果系统由于过载而需要拒绝一个任务，那么应该选择哪一个（Which）任务？另外，如何（How）通知应用程序有任务被拒绝？ 在执行一个任务之前或之后，应该进行什么（What）动作？ 使用Exector框架 线程池 newFixedThreadPool（固定长度的线程池） newCachedThreadPool（不限规模的线程池） newSingleThreadPool（单线程线程池） newScheduledThreadPool（带延迟/定时的固定长度线程池） 具体如何使用可以查看JDK文档 找出可利用的并行性 某些应用程序中存在比较明显的任务边界，而在其他一些程序中则需要进一步分析才能揭示出粒度更细的并行性 任务的取消和关闭 任务取消 停止基于线程的服务 处理非正常的线程终止 JVM关闭 线程池的定制化使用 任务和执行策略之间的隐性耦合 线程池的大小 配置ThreadPoolExecutor（自定义的线程池） 此处需要注意系统默认提供的线程池是如何配置的 扩展ThreadPoolExector GUI应用程序探讨 活跃度（Liveness）、性能、测试 避免活跃性危险 死锁 锁顺序死锁 资源死锁 动态的锁顺序死锁 开放调用 在协作对象之间发生的死锁 死锁的避免与诊断 支持定时的显示锁 通过线程转储信息来分析死锁 其他活跃性危险 饥饿 要避免使用线程优先级，因为这会增加平台依赖性，并可能导致活跃性问题。在大多数并发应用程序中，都可以使用默认的线程优先级。 糟糕的响应性 如果由其他线程完成的工作都是后台任务，那么应该降低它们的优先级，从而提高前台程序的响应性。 活锁 要解决这种活锁问题，需要在重试机制中引入随机性（randomness）。为了避免这种情况发生，需要让它们分别等待一段随机的时间 性能与可伸缩性 概念 运行速度（服务时间、延时） 处理能力（吞吐量、计算容量） 可伸缩性：当增加计算资源时，程序的处理能力变强 如何提升可伸缩性 Java并发程序中的串行，主要来自独占的资源锁 优化策略 缩