Java并发程序设计教程

### Java并发程序设计教程知识点概览 #### 一、使用线程的经验 1. **设置线程名称**： - **重要性**：为每个线程设置一个有意义的名字对于调试和监控至关重要。当出现问题时，可以通过线程名称快速定位到问题发生的上下文。 - **实现方法**： - 直接在`Thread`构造函数中设置名称。 - 通过`Thread.setName(String name)`方法来设置。 - 在继承`Thread`类时，可以在构造函数中设置名称。 2. **响应线程中断**： - **重要性**：线程中断机制允许一个线程请求另一个线程终止执行。这是实现高级并发控制的关键机制之一。 - **实现方法**： - 使用`Thread.interrupted()`方法检测中断状态，并根据实际情况决定是否退出循环。 - 在抛出`InterruptedException`之前先检查`Thread.interrupted()`的状态。 - 显式调用`thread.interrupt();`来中断线程。 3. **使用ThreadLocal**： - **定义**：`ThreadLocal`类用于在线程中存储私有数据。每个线程都有自己的独立实例，互不影响。 - **方法**： - `initialValue()`：返回当前线程所对应变量的初始值。 - `get()`：获取当前线程所对应的变量值。 - `set(T value)`：设置当前线程所对应的变量值。 - `remove()`：移除当前线程所对应的变量。 - **使用场景**： - 保持线程状态（如用户ID、事务ID等）。 - 缓存频繁访问的对象。 - 隐式参数传递。 #### 二、Executor框架 1. **ExecutorService**： - **定义**：`ExecutorService`是一个接口，用于管理和控制异步任务执行。 - **功能**： - 提供了创建固定大小线程池的能力。 - 支持计划任务执行。 - 可以关闭整个服务。 - **关键方法**： - `submit(Callable<T> task)`：提交一个可返回结果的任务。 - `submit(Runnable task, T result)`：提交一个可返回指定结果的任务。 - `invokeAll(Collection<Callable<T>> tasks)`：执行一组可返回结果的任务。 - `invokeAny(Collection<Callable<T>> tasks)`：执行一组可返回结果的任务，并返回最先完成的那个任务的结果。 - `shutdown()`：不再接受新任务，但继续执行已提交的任务。 - `isTerminated()`：判断所有任务是否已经完成。 #### 三、阻塞队列 1. **基本概念**： - **定义**：阻塞队列是一种特殊类型的队列，当队列为空时，`take()`方法会阻塞等待元素添加；当队列满时，`put()`方法也会阻塞等待队列有空余空间。 - **常用方法**： - `put(E e)`：将元素添加到队列尾部，如果队列已满，则阻塞直到队列有空余空间。 - `take()`：从队列头部获取并移除元素，如果队列为空，则阻塞直到队列中有元素。 - `offer(E e)`：尝试将元素添加到队列尾部，如果队列已满，则返回false。 - `poll()`：尝试从队列头部获取并移除元素，如果队列为空，则返回null。 - `drainTo(Collection<? super E> c)`：将阻塞队列中的所有元素转移到指定集合中。 #### 四、线程间协作 1. **Lock与Condition**： - **定义**：`Lock`接口提供了比内置锁更广泛的锁定操作。`Condition`是`Lock`接口的一部分，用于更细粒度的线程间协作。 - **使用场景**： - 使用`lock()`和`unlock()`方法显式管理锁。 - 使用`Condition`进行条件等待和通知。 2. **Wait/Notify**： - **定义**：内置对象监视器的`wait()`和`notify()`方法用于实现线程间的同步和协作。 - **使用场景**： - `wait()`使当前线程进入等待状态，直到被其他线程唤醒。 - `notify()`随机唤醒一个正在等待的线程。 - `notifyAll()`唤醒所有等待的线程。 #### 五、无锁编程 1. **Atomic类**： - **定义**：`java.util.concurrent.atomic`包提供了原子变量类，这些类支持无锁操作。 - **使用场景**： - `AtomicInteger`、`AtomicLong`等用于原子性地更新数值。 - `AtomicReference`用于原子性地更新引用。 2. **CopyOnWriteArrayList**： - **定义**：`CopyOnWriteArrayList`是一个线程安全的列表，它通过在写入时复制整个数组来避免同步开销。 - **使用场景**： - 当读取远多于写入操作时使用。 #### 六、并发流程控制 1. **CountDownLatch**： - **定义**：`CountDownLatch`是一个同步工具类，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。 - **使用场景**： - 在某些初始化步骤完成后通知其他等待线程。 2. **CyclicBarrier**： - **定义**：`CyclicBarrier`是一个让一组线程等待到达某个公共屏障点的同步工具类。 - **使用场景**： - 在多个线程之间安排一个同步点。 #### 七、定时器 1. **ScheduledExecutorService**： - **定义**：`ScheduledExecutorService`是一个接口，用于执行周期性的任务。 - **关键方法**： - `schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)`：延迟一定时间后执行命令。 - `scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)`：按照固定速率执行命令。 2. **TimerWheel**： - **定义**：`TimerWheel`是一种高效的时间轮算法，用于实现高精度的大规模定时任务调度。 - **应用场景**： - 在需要大量定时任务的情况下使用。 #### 八、并发定律 1. **Amdahl定律**： - **定义**：描述了在给定的并行计算任务中，串行部分的存在如何限制了并行处理的速度提升。 - **公式**：`Speedup(S) = 1 / (Sf + (1-S)/N)`，其中Sf表示串行部分的比例，N表示处理器数量。 2. **Gustafson定律**： - **定义**：与Amdahl定律相对应，描述了增加处理器数量时，总的工作量可以增加，从而获得更好的加速效果。 - **公式**：`Speedup(S) = S * N`，其中S表示问题规模的增加倍数，N表示处理器数量。 3. **Sun-Ni定律**： - **定义**：扩展了Amdahl定律，考虑到了通信开销的影响。 - **公式**：`Speedup(S) = 1 / (Sf + (1-S)/(N * p))`，其中p表示通信开销系数。 #### 九、神人和图书 - **重要人物**：Java并发领域的重要人物包括Doug Lea等，他们的贡献对于Java并发模型的发展有着深远的影响。 - **推荐图书**：《Java并发编程实战》、《Java并发编程艺术》等书籍提供了深入理解Java并发机制的机会。 #### 十、业界发展情况 1. **GPGPU**： - **定义**：通用图形处理器（General-Purpose computing on Graphics Processing Units），利用GPU的强大计算能力进行通用计算。 - **应用场景**：机器学习、科学计算等领域。 2. **OpenCL**： - **定义**：一种为异构平台编写并执行跨平台应用程序的标准API。 - **应用场景**：跨不同硬件平台的高性能计算。 #### 十一、复习题 - 本教程提供了丰富的复习题，旨在帮助读者巩固所学知识，确保理解Java并发程序设计的核心概念和技术细节。 通过以上知识点的学习，您将能够掌握Java并发编程的基本原理和技术，从而提高Java技能水平。