JUC-0530

news/2024/5/20 6:37:34 标签: java, juc

1. JUC概念

1.1 JUC 简介

在 Java 中，线程部分是一个重点，本篇文章说的 JUC 也是关于线程的。JUC 就是 java.util.concurrent 工具包的简称。这是一个处理线程的工具包，JDK 1.5 开始出现的。

1.2 进程与线程

进程(Process) 是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系 统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。 在当代面向线程 设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的 描述，进程是程序的实体。是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活 动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是 指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

线程(thread) 是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流， 一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

总结来说：

进程:指在系统中正在运行的一个应用程序;程序一旦运行就是进程;进程— —资源分配的最小单位。

线程:系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个 单元执行流。线程——程序执行的最小单位。

1.3 线程的状态

1.3.1 线程状态枚举类

Thread.State

java">public enum State { 
  
	NEW,(新建)

	RUNNABLE,(准备就绪)

	BLOCKED,(锁阻塞)	处于等待锁的状态，获得锁之后可以理解运行

	WAITING,(不见不散)	无限等待

	TIMED_WAITING,(过时不候)

	TERMINATED;(终结)
}

1.3.2 wait/sleep

(1)sleep 是 Thread 的静态方法，wait 是 Object 的方法，任何对象实例都 能调用。

(2)sleep 不会释放锁，它也不需要占用锁。wait 会释放锁，但调用它的前提是当前线程占有锁(即代码要在 synchronized 中)。

(3)它们都可以被 interrupted 方法中断。

wait:线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态是 WAITING 或 TIMED_WAITING。它 还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即“通知(notify)”或者等待时间 到，在这个对象上等待的线程从 wait set 中释放出来，重新进入到调度队列 (ready queue)中

thread.sleep():是Java的内置方法，用于使当前执行的线程暂停执行指定的时间，让出CPU给其他线程。它是通过Java的底层来实现的，与操作系统密切相关。

Thread.sleep()的实现在Java内部是一个本地方法，它是使用Java本地接口(JNI)在JVM中调用操作系统级别的睡眠功能来实现的。这个本地方法依赖于底层操作系统的实现，不同的操作系统可能有不同的实现方式。当我们调用Thread.sleep()时，Java虚拟机会调用底层操作系统的相关函数来挂起当前线程。

比较wait和sleep方法：

  1. 相同点：一旦执行，当前线程都会进入阻塞状态。
  2. 不同点：
    1. 声明位置：wait声明在Object中的，sleep声明在Thread中，并且是一个静态方法。
    2. 场景不一样：wait只能使用在同步代码块和同步方法中。sleep可以使用在任何地方
    3. 使用在临界资源中时：wait会释放同步监视器（锁），而sleep不会释放。
    4. 结束阻塞的方法：wait两种情况，到达指定时间自动唤醒或被notify唤醒而结束阻塞。sleep只有超时唤醒。

1.4 并发与并行

1.5 管程

管程(monitor)是保证了同一时刻只有一个进程在管程内活动,即管程内定义的操作在同 一时刻只被一个进程调用(由编译器实现).但是这样并不能保证进程以设计的顺序执行

JVM 中同步是基于进入和退出管程(monitor)对象实现的，每个对象都会有一个管程 (monitor)对象，管程(monitor)会随着 java 对象一同创建和销毁

执行线程首先要持有管程对象，然后才能执行方法，当方法完成之后会释放管程，方 法在执行时候会持有管程，其他线程无法再获取同一个管程

1.6 用户线程和守护线程

用户线程😗*平时用到的普通线程,自定义线程 **

守护线程:**运行在后台,是一种特殊的线程,比如垃圾回收 **

当主线程结束后,用户线程还在运行,JVM **存活 **

如果没有用户线程,都是守护线程,JVM结束

2. Lock接口

2.1 Synchronized

2.1.1 Synchronized 关键字回顾

synchronized 是 Java 中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种:

  1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{} 括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象;
  2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用 的对象是调用这个方法的对象;
    • 虽然可以使用 synchronized 来定义方法，但 synchronized 并不属于方法定 义的一部分，因此，synchronized 关键字不能被继承。如果在父类中的某个方 法使用了 synchronized 关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这 个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上 synchronized 关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方 法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此， 子类的方法也就相当于同步了。
  3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的 所有对象;
  4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

售票案例：

  1. 第一步 创建资源类，定义属性和和操作方法
  2. 第二步 创建多个线程，调用资源类的操作方法
java">class Ticket {
    //票数
    private int number = 30;
    //操作方法：卖票
    public synchronized void sale() {
        //判断：是否有票
        if(number > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : 卖出："+(number--)+" 剩下："+number);
        }
    }
}

如果一个代码块被 synchronized 修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执 行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里 获取锁的线程释放锁只会有两种情况:

  1. 获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有;

  2. 线程执行发生异常，此时 JVM 会让线程自动释放锁。

那么如果这个获取锁的线程由于要等待 IO 或者其他原因(比如调用 sleep 方法)被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一 下，这多么影响程序执行效率。

因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去(比如只等 待一定的时间或者能够响应中断)，通过 Lock 就可以办到。

2.2 什么是 Lock

Lock 锁实现提供了比使用同步方法和语句可以获得的更广泛的锁操作。它们允 许更灵活的结构，可能具有非常不同的属性，并且可能支持多个关联的条件对 象。Lock 提供了比 synchronized 更多的功能。

Lock 与的 Synchronized 区别

  • Lock 不是 Java 语言内置的，synchronized 是 Java 语言的关键字，因此是内置特性。Lock 是一个类，通过这个类可以实现同步访问;
  • Lock 和 synchronized 有一点非常大的不同，采用 synchronized 不需要用户去手动释放锁，当 synchronized 方法或者 synchronized 代码块执行完之后， 系统会自动让线程释放对锁的占用;而 Lock 则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

Lock接口的实现类：

  1. ReentrantLock 可重入锁，可以重复的上锁去锁，可以重复进入
  2. ReentrantReadWritelock.Readlock
  3. ReentrantReadWritelock.Writelock

2.2.1 Lock 接口

java">public interface Lock {
	void lock();
	void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
	boolean tryLock();
	boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; void unlock();
	Condition newCondition();
}

下面来逐个讲述 Lock 接口中每个方法的使用

2.2.2 lock方法

lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他 线程获取，则进行等待。

采用 Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用 Lock 必须在 try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在 finally 块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用 Lock 来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的:

java">Lock lock = ...; 
lock.lock(); 
try{
	//处理任务
}catch(Exception ex){ 

}finally{
  lock.unlock(); //释放锁
}

2.2.3 newCondition方法

关键字 synchronized 与 wait()/notify()这两个方法一起使用可以实现等待/通知模式， Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象，Condition 类也可以实现等待/通知模式。

用 notify()通知时，JVM 会随机唤醒某个等待的线程， 使用 Condition 类可以进行选择性通知， Condition 比较常用的两个方法:

  • await()会使当前线程等待,同时会释放锁,当其他线程调用 signal()时,线程会重新获得锁并继续执行。
  • signal()用于唤醒一个等待的线程。

注意:在调用 Condition 的 await()/signal()方法前，也需要线程持有相关 的 Lock 锁，调用 await()后线程会释放这个锁，在 singal()调用后会从当前 Condition 对象的等待队列中，唤醒 一个线程，唤醒的线程尝试获得锁， 一旦 获得锁成功就继续执行。

java">public void testCondition() throws InterruptedException {

            Condition condition = lock.newCondition();
            
  					condition.await();
						...
            condition.notify();

        }

2.3 ReentrantLock

ReentrantLock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念将在后面讲述。

ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，并且 ReentrantLock 提供了更 多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用。

样例：

java">static class LTicket{

        private Integer number = 30 ;

        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        
        public  void sale(){
            lock.lock();
            try {
                if(number>0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"   "+number--);
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

2.4 ReadWriteLock

ReadWriteLock 也是一个接口，在它里面只定义了两个方法:

java">public interface ReadWriteLock { 
  /**
	 * Returns the lock used for reading. *
   * @return the lock used for reading. */
   Lock readLock();
  /**
	* Returns the lock used for writing. *
	* @return the lock used for writing. */
	 Lock writeLock();
}

一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成 2 个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的 ReentrantReadWriteLock 实现了 ReadWriteLock 接口。

ReentrantReadWriteLock 里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法:readLock()和 writeLock()用来获取读锁和写锁。

  • 如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。
    • 同样是读的话，两个线程可以同时读
  • 如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁

2.5 小结(重点)

Lock 和 synchronized 有以下几点不同:

    1. Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内 置的语言实现;
    2. synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生， 而Lock 在发生异常时，如果没有主动通过 unLock()去释放锁，则很 可能造成死锁现象，因此使用 Lock 时需要在 finally 块中释放锁;
    3. Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用 synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断。
    4. 通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。
    5. Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争)，此时 Lock 的性能要远远优于 synchronized。

在资源竞争非常激烈的情况下，Lock可能比synchronized更优，原因主要有以下几点：

  1. 更精细的锁控制：Lock接口允许更精细的锁控制，这可能会导致更好的性能。例如，ReentrantLock支持“公平锁”，这意味着等待时间最长的线程将优先获取锁。这可以防止线程饥饿，可能会在高竞争的情况下提高性能。
  2. 可中断的锁获取：Lock接口支持可中断的锁获取，这意味着一个线程可以在等待锁的过程中被中断。这在某些高竞争、高并发的情况下可能会提高性能，因为你可以取消那些无法立即获取锁的线程。
  3. 支持多条件等待：ReentrantLock配合Condition接口可以支持多条件等待，这可以使得某些具有特定需求的多线程问题的实现更加灵活，从而可能提升性能。

start方法执行的时间是不确定的，由操作系统决定


http://www.niftyadmin.cn/n/380083.html

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