并发

为啥要有并发

并发的目的就是让程序运行的更快

并发和并行

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操作系统中任务调度算法

• 先来先服务
• 时间片轮转
• 短作业优先
• 优先级调度
• 最高响应比
• 多级反馈队列

并发编程的挑战

• 上下文切换

  • 无锁编程
  • cas算法
  • 使用最少线程
  • 协程

• 死锁

  • 死锁产生的必要条件
    • 互斥
    • 请求与保持
    • 不可剥夺
    • 循环等待

• 资源限制

死锁⭐

产生死锁的四个条件

• 资源是互斥的->左手持有你的左手腕的同时 右手获得左手腕失败
• 请求保持-> 左手在请求右手腕的同时保持着自己已经持有的右手腕
• 环路等待-> 成环 获得不到我就等
• 不可剥夺-> 已经被右手持有的右手腕不会被左手剥夺

如何避免死锁->如何处理死锁

破坏其中任意一个就行

• 互斥是不破坏的
• 银行家算法
  • 资源一次性给够
  • 不够的话 就不给你
• 哲学家进餐问题(扩展)
• 假如->有9个资源 已知一个线程需要3个资源才能满足其需要,在保证系统安全的前提下最多可以有多少个线程执行

volatile

• 保障了共享变量的可见性
• 会生成一个Lock前缀的指令
  • 当前缓冲行写会主内存
  • 令其他处理器的对应该地址的缓冲行失效
• 缓存一致性协议
  • MESI协议

synchronized

• 每个对象都可以作为锁

  • 普通同步方法,锁的是当前实例对象
  • 静态同步方法,锁的是当前类的Class对象
  • 同步方法块,锁的是括号里的配置的对象

• 通过monitor进入和退出来实现锁的功能

  

  监视器进入和退出

  有一个同步队列和一个等待队列

• 四种锁

  • 无锁
  • 偏向锁
  • 轻量级锁
  • 重量级锁

• ⭐锁升级

  • 阐述明白一个锁升级的流程

• CAS

  • 循环cas实现原子操作
  • 三个问题
    • ABA问题
      • 使用版本号
    • 循环时间长开销大
    • 只能保证一个共享变量的原子操作

• 保证复杂内存操作原子性

  • 总线锁
  • 缓存锁

• AQS

JMM

Java的并发采用共享内存模型

JMM示意图

重排序问题

• 目的:提升性能
• 编译器和处理器
  • 编译器优化重排序
  • 指令集并行的重排序
  • 内存系统的重排序

内存屏障

volatile

特性

• 可见性
  • 对一个volatile变量的对,总能看到对这个volatile变量最后的写入
• 原子性
  • 对任意单个volatile变量的读/写是具有原子性的,但是复合操作不具备原子性

对应的内存语义有所认知

⭐单例模式

• 几种代码实现都要能实现

线程进程和协程

进程

• 资源分配和调度的基本单位
• 进程间的通信
  • 管道
  • 命名管道
  • 消息队列
  • 共享内存
  • 信号量
  • 套接字
  • 信号

线程

• 被系统调度的最基本单位
• 多个线程共享属于同一个进程的资源
• 线程间的通信
  • 共享内存
  • 消息传递
  • 信号量
  • 套接字

协程

• 一个线程内
• 调度有程序员控制
• 和方法不一样,执行过程中可以中断转向其他的协程,同样也可以再次跳回
• 执行效率比线程要高
• 不涉及到锁

⭐线程的状态

Java线程状态的变迁

不同语句执行JAVA线程状态变迁

中断

要求理解java中和操作系统中的中断(作为扩展)

等待通知机制

• Thread.join()
• 原理就是等待通知

⭐开发一个简易的tomcat服务器

Api级别的锁

lock接口

AQS

• 原理
• ReentrantLock
  • 公平锁的实现
  • 非公平锁的实现
  • 可重入锁
    • 自己这个线程可以在不释放锁的前提下获得多次这个锁
• ReentrantReadWriteLock
• Semaphore
• CountDownLatch
• CyclicBarrier

Condition 接口

多个Condition接口的同步队列和等待队列

支持是多个等待队列和一个同步队列

⭐⭐锁升级

偏向锁->轻量级->重量级

三个锁的对比

⭐CAS + volatile

本身重要

• ABA问题
  • 版本号解决
• 循环时间比较大
• 只能保证一个共享变量的原子操作

⭐线程之间的通信

• 共享内存

• 消息传递

⭐进程间通信方式

• 信号量
  *

• 管道

  • 无名管道
    • 父子进程间
  • 命名管道
    • 无亲缘进程

• 消息队列
  *

• 套接字

• 信号

• 共享存储

Daemon线程

如何启动一个线程

start 和 run的区别

⭐中断是啥

⭐等待通知范式

Thread.join()

⭐ThreadLocal

⭐⭐lock接口&&AQS原理

Aqs原理

实现lock接口的一些锁

什么是可重入锁

Condition

同步队列

等待队列

java的并发容器

⭐⭐ConcurrentHashMap

1.7

1.8 掌握

线程池

• 可以复用已经创建好的线程
• 线程的创建和销毁都是重量的操作 比较消耗性能
• 提升我们响应速度

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⭐ 线程池的几个参数

原子操作类

• 原理是cas+volatile

合理使用线程池

• 降低资源消耗
• 提高响应速度
• 提高线程的可管理性

关键指标和核心参数

• 核心线程池
• 工作队列
• 线程池
• 饱和策略

已有的线程池

• FixedThreadPool

• SingleThreadExecutor

• CachedThreadPool

FutureTask

• 基于AQS