Java并发编程的艺术

1. 并发执行有可能比串行慢，因为线程有创建和上下文切换的开销

2. 使用Lmbench测量上下文切换时长，vmstat测量上下文切换的次数

3. 如何减少上下文切换

• CAS算法，不用加锁
• 使用最少线程
• 协程：在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换

1. synchronized

• 3种形式

  • 对于普通的同步方法，锁的是当前实例对象
  • 对于静态同步方法，锁的是当前类的Class对象
  • 对于同步方法块，锁的是synchronized括号里配置的对象

• JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的，而方法同步时使用ACC_SYNCHRONIZED标志位实现的。

1. Java对象头的Mark Word中存储对象的hashCode、分代年龄和锁标记位。

• 偏向锁：Mark Word中存储指向当前线程的偏向锁。
• 轻量级锁：线程尝试使用CAS将对象头中的MarkWord替换为指向锁记录的指针。
• 重量级锁

1. CAS的三大问题

(1) ABA问题 (2) 循环时间长开销大 (3) 只能保证一个共享变量的原子操作

1. JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。

如果线程A要和B通信，必须要经历下面2个步骤：

(1) 线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。 (2) 线程B到主内存中去读取线程A之前已经更新过的共享变量。

1. 为什么要使用多线程（主要原因是IO阻塞和多CPU）

• 单核时代提高CPU和IO的综合利用率
• 多核时代提高CPU利用率
• 业务更快的响应时间

1. 设置线程优先级时，针对频繁阻塞的线程需设置较高的优先级，而偏重计算的线程设置较低的优先级，确保处理器不会被独占。

2. 线程的状态

• NEW
• TERMINATED
• RUNNABLE：运行中，包括就绪和运行
• BLOCKED：阻塞于锁
• WAITING：等待其他线程通知
• TIME_WAITING：超时等待，可以在指定时间自行返回

1. 当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程时，Java虚拟机将会退出。

2. 线程通过方法isInterrupted()来判断是否被中断，也可以调用静态方法Thread.interrupted()对当前线程的中断标志位进行复位。

3. 除了中断以外，还可以利用一个boolean变量来控制是否需要停止任务并终止该线程。

4. suspend()调用后不会释放已经占有的资源（比如锁），而是占有着资源进入睡眠状态。

stop()终结一个线程时不会保证线程资源正常释放

yield()方法会临时暂停正在执行的线程，来让有同样优先级的线程有机会执行。yield()方法不保证当前的线程会暂停或停止，但是可以保证当前线程调用yield方法时会放弃CPU。

1. 线程间通信

• wait/notify
• volatile/synchronized
• join
• countdownlatch/cyclicbarrier
• semaphore

1. Fork/Join框架

Fork就是把一个大任务切分成若干子任务，Join就是合并这些子任务的执行结果。

工作窃取算法是指某个线程从其他队列中窃取任务来执行。充分利用线程进行并行计算，减少了线程的竞争。

1. AtomicInteger

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  public final int getAndIncrement() {
      for (;;) {
          int current = get();
          int next = current + 1;
          if (compareAndSet(current, next)) {
              return current;
          }
      }
  }
 
  public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
      return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
  }

1. 线程池的好处

• 降低资源消耗
• 提高响应速度
• 提高线程的可管理性

1. 线程池的参数

(1) corePoolSize：核心线程数

(2) runnableTaskQueue：任务队列

ArrayBockingQueue：有界

LinkedBlockingQueue：有界，默认Integer.MAX_VALUE

SynchronousQueue：不存储元素

PriorityBlockingQueue：具有优先级、无限

(3) maxPoolSize：线程池的最大数量

(4) ThreadFactory：创建线程的工厂

(5) RejectExxcutionHandler 饱和策略

AbortPolicy 直接抛出异常

CallerRunPolicy 调用者所用线程

DiscardOldestPolicy 丢弃最早

DiscardPolicy 丢弃

(6) keepAliveTime 线程池工作线程空闲后，保持存活的时间

1. 线程池提交任务

execute()提交不需要返回值的任务，输入Runnable类实例

submit()提交需要返回值的任务，输入Runnale或Callable，返回一个future对象，future的get()方法会阻塞到任务完成并返回返回值

1. 关闭线程池

RUNNING

SHUTDOWN(shutdown) 继续处理等待队列

STOP(shutdownNow) 不再处理等待队列，中断正在执行的线程

1. CPU密集型任务应配置尽可能小的线程，如N_CPU+1; IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，应配置尽可能多的线程，如2N_CPU.

2. Executor

(1) FixedThreadPool (2) SingleThreadExecutor (3) CachedThreadExecutor (4) ScheduledThreadExecutor

1. Future接口和实现Future接口的FutureTask类用来表示异步计算的结果。

2. Runnable接口不会返回结果，而Callable接口可以返回结果。

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