标签:异常 比较 队列实现 ade element 争夺 它的 start 方案
java 中的线程分为两种:守护线程(Daemon)和用户线程(User)。任何线程都可以设置为守护线程和用户线程,通过方法 Thread.setDaemon(boolon);true 则把该线程设置为守护线程,反之则为用户线程。Thread.setDaemon()必须在 Thread.start()之前调用,否则运行时会抛出异常。
两者的区别:唯一的区别是判断虚拟机(JVM)何时离开,Daemon 是为其他线程提供服务,如果全部的 User Thread 已经撤离,Daemon 没有可服务的线程,JVM 撤离。也可以理解为守护线程是 JVM 自动创建的线程(但不一定),用户线程是程序创建的线程;比如 JVM 的垃圾回收线程是一个守护线程,当所有线程已经撤离,不再产生垃圾,守护线程自然就没事可干了,当垃圾回收线程是 Java 虚拟机上仅剩的线程时,Java 虚拟机会自动离开。扩展:Thread Dump 打印出来的线程信息,含有 daemon 字样的线程即为守护进程,可能会有:服务守护进程、编译守护进程、windows 下的监听 Ctrl+break的守护进程、Finalizer 守护进程、引用处理守护进程、GC 守护进程。
多线程会共同使用一组计算机上的 CPU,而线程数大于给程序分配的 CPU 数量时,为了让各个线程都有执行的机会,就需要轮转使用 CPU。不同的线程切换使用 CPU发生的切换数据等就是上下文切换。
``` java?linenums
` private static final long count = 1000000;
public static void main(String[] args) throws Exception {
concurrency();
series();
}
/**
* 并发执行
* @throws Exception
*/
private static void concurrency() throws Exception {
long start = System.currentTimeMillis();
//创建线程执行a+=
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
int a = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
a += 1;
}
}
});
//启动线程执行
thread.start();
//使用主线程执行b--;
int b = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
b--;
}
//合并线程,统计时间
thread.join();
long time = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Concurrency:" + time + "ms, b = " + b);
}
/**
* 串联执行
*/
private static void series() {
long start = System.currentTimeMillis();
int a = 0;
for (long i = 0; i < count; i++) {
a += 1;
}
int b = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
b--;
}
long time = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Serial:" + time + "ms, b = " + b + ", a = " + a);
};
通过修改循环次数,对比串行运行和并发运行的时间测试结果:
循环次数 | 并发执行时间 | 串联执行时间 |
---|---|---|
一百万 | 2ms | 4ms |
十万 | 2ms | 2ms |
一万 | 1ms | 0ms |
通过数据的对比我们可以看出。在一万以下的循环次数时,串联的执行速度比并发的执行速度块。是因为线程上下文切换导致额外的开销。
死锁:是指两个或两个以上的进程(或线程)在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。产生死锁的必要条件:
Runnable和Callable都代表那些要在不同的线程中执行的任务。Runnable从JDK1.0开始就有了,Callable是在 JDK1.5增加的。它们的主要区别是Callable的 call() 方法可以返回值和抛出异常,而Runnable的run()方法没有这些功能。Callable可以返回装载有计算结果的Future对象。
Executor 框架是一个根据一组执行策略调用,调度,执行和控制的异步任务的框架。无限制的创建线程会引起应用程序内存溢出。所以创建一个线程池是个更好的的解决方案,因为可以限制线程的数量并且可以回收再利用这些线程。利用Executors 框架可以非常方便的创建一个线程池。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。JDK7 提供了 7 个阻塞队列。分别是:ArrayBlockingQueue :一个由数组结构组成的有界阻塞队列。LinkedBlockingQueue :一个由链表结构组成的有界阻塞队列。PriorityBlockingQueue :一个支持优先级排序的无界阻塞队列。DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
Callable 接口类似于 Runnable,从名字就可以看出来了,但是 Runnable 不会返回结果,并且无法抛出返回结果的异常,而 Callable 功能更强大一些,被线程执行后,可以返回值,这个返回值可以被 Future 拿到,也就是说,Future 可以拿到异步执行任务的返回值。可以认为是带有回调的 Runnable。Future 接口表示异步任务,是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说 Callable用于产生结果,Future 用于获取结果。
在 Java 发展史上曾经使用 suspend()、resume()方法对于线程进行阻塞唤醒,但随之出现很多问题,比较典型的还是死锁问题。解决方案可以使用以对象为目标的阻塞,即利用 Object 类的 wait()和 notify()方法实现线程阻塞。首 先 ,wait、notify 方法是针对对象的,调用任意对象的 wait()方法都将导致线程阻塞,阻塞的同时也将释放该对象的锁,相应地,调用任意对象的 notify()方法则将随机解除该对象阻塞的线程,但它需要重新获取改对象的锁,直到获取成功才能往下执行;其次,wait、notify 方法必须在 synchronized 块或方法中被调用,并且要保证同步块或方法的锁对象与调用 wait、notify 方法的对象是同一个,如此一来在调用 wait 之前当前线程就已经成功获取某对象的锁,执行 wait 阻塞后当前线程就将之前获取的对象锁释放。
有两种调度模型:分时调度模型和抢占式调度模型。
分时调度模型是指让所有的线程轮流获得 cpu 的使用权,并且平均分配每个线程占用的 CPU 的时间片这个也比较好理解。Java虚拟机采用抢占式调度模型,是指优先让可运行池中优先级高的线程占用CPU,如果可运行池中的线程优先级相同,那么就随机选择一个线程,使其占用CPU。处于运行状态的线程会一直运行,直至它不得不放弃 CPU。
当一个线程进入 wait 之后,就必须等其他线程 notify/notifyall,使用 notifyall,可以唤醒所有处于 wait 状态的线程,使其重新进入锁的争夺队列中,而 notify 只能唤醒一个。如果没把握,建议 notifyAll,防止 notigy 因为信号丢失而造成程序异常。
如果其他方法没有 synchronized 的话,其他线程是可以进入的。
所以要开放一个线程安全的对象时,得保证每个方法都是线程安全的。
悲观锁:总是假设最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。再比如 Java 里面的同步原语 synchronized 关键字的实现也是悲观锁。乐观锁:顾名思义,就是很乐观,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量,像数据库提供的类似于 write_condition 机制,其实都是提供的乐观锁。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。
乐观锁的实现方式:
在两个线程间共享变量即可实现共享。
一般来说,共享变量要求变量本身是线程安全的,然后在线程内使用的时候,如果有对共享变量的复合操作,那么也得保证复合操作的线程安全性。
ThreadLocal 是 Java 里一种特殊的变量。每个线程都有一个 ThreadLocal 就是每个线程都拥有了自己独立的一个变量,竞争条件被彻底消除了。它是为创建代价高昂的对象获取线程安全的好方法,比如你可以用 ThreadLocal 让SimpleDateFormat 变成线程安全的,因为那个类创建代价高昂且每次调用都需要创建不同的实例所以不值得在局部范围使用它,如果为每个线程提供一个自己独有的变量拷贝,将大大提高效率。首先,通过复用减少了代价高昂的对象的创建个数。其次,你在没有使用高代价的同步或者不变性的情况下获得了线程安全。
kill -3 [java pid]不会在当前终端输出,它会输出到代码执行的或指定的地方去。比如,kill -3tomcat pid, 输出堆栈到 log 目录下。Jstack [java pid]这个比较简单,在当前终端显示,也可以重定向到指定文件中。-JvisualVM:Thread Dump不做说明,打开 JvisualVM 后,都是界面操作,过程还是很简单的。
ConcurrentHashMap 把实际 map 划分成若干部分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的,它是 ConcurrentHashMap 类构造函数的一个可选参数,默认值为 16,这样在多线程情况下就能避免争用。在 JDK8 后,它摒弃了 Segment(锁段)的概念,而是启用了一种全新的方式实现,利用 CAS 算法。同时加入了更多的辅助变量来提高并发度,具体内容还是查看源码吧。
Volatile 变量可以确保先行关系,即写操作会发生在后续的读操作之前, 但它并不能保证原子性。例如用 volatile 修饰 count 变量那么 count++ 操作就不是原子性的。而 AtomicInteger 类提供的 atomic 方法可以让这种操作具有原子性如getAndIncrement()方法会原子性的进行增量操作把当前值加一,其它数据类型和引用变量也可以进行相似操作。
每一个线程都是有优先级的,一般来说,高优先级的线程在运行时会具有优先权,但这依赖于线程调度的实现,这个实现是和操作系统相关的(OS dependent)。我们可以定义线程的优先级,但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行。线程优先级是一个 int 变量(从 1-10),1 代表最低优先级,10 代表最高优先级。java 的线程优先级调度会委托给操作系统去处理,所以与具体的操作系统优先级有关,如非特别需要,一般无需设置线程优先级。
在 Java 中可以有很多方法来保证线程安全——同步,使用原子类(atomic concurrent classes),实现并发锁,使用 volatile 关键字,使用不变类和线程安全类。
同步块是更好的选择,因为它不会锁住整个对象(当然你也可以让它锁住整个对象)。同步方法会锁住整个对象,哪怕这个类中有多个不相关联的同步块,这通常会导致他们停止执行并需要等待获得这个对象上的锁。同步块更要符合开放调用的原则,只在需要锁住的代码块锁住相应的对象,这样从侧面来说也可以避免死锁。
Java多线程中的死锁
死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。这是一个严重的问题,因为死锁会让你的程序挂起无法完成任务,死锁的发生必须满足以下四个条件:
避免死锁最简单的方法就是阻止循环等待条件,将系统中所有的资源设置标志位、排序,规定所有的进程申请资源必须以一定的顺序(升序或降序)做操作来避免死锁。
标签:异常 比较 队列实现 ade element 争夺 它的 start 方案
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