Java 并发编程 #

要点总结 #

• Java 并发基础：了解并发的概念、原理、优势和挑战，掌握线程的创建、启动、状态转换和终止，理解并发关键字（volatile，final，synchronized）的作用和使用场景。
• J.U.C框架：学习 Java 提供的并发工具类，包括 Lock 框架（ReentrantLock，ReadWriteLock等）、Tools 类（CountDownLatch，CyclicBarrier等）、Collections 类（ConcurrentHashMap，CopyOnWriteArrayList等）、**Atomic 类（AtomicInteger，AtomicReference等）**和 Executors 类（ThreadPoolExecutor，ScheduledExecutorService等）。
• 并发问题与优化：掌握常见的并发问题（死锁、活锁、饥饿、内存可见性、竞态条件等）的原因和解决方法，学习如何使用线程安全策略（不可变性、同步、锁分离等）、设计模式（单例模式、生产者消费者模式等）和测试工具（JMeter，VisualVM等）来优化并发程序。

常见的并发原因和解决方法 #

并发工具类 #

1. 常用的并发工具类
   • CountDownLatch CountDownLatch 类位于java.util.concurrent包下,利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A,它要等待其他3个任务执行完毕之后才能执行,此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。
   • CyclicBarrier(回环栅栏) CyclicBarrier它的作用就是会让所有线程都等待完成后才会继续下一步行动。 CyclicBarrier初始化时规定一个数目,然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时,所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数, 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后,所有其它线程被唤醒前被执行。
   • Semaphore (信号量) Semaphore 是 synchronized 的加强版,作用是控制线程的并发数量(允许自定义多少线程同时访问)。就这一点而言,单纯的synchronized 关键字是实现不了的。

并发队列 #

1. 什么是并发队列

   • 消息队列很多人知道:消息队列是分布式系统中重要的组件,是系统与系统直接的通信
   • 并发队列是什么:并发队列多个线程以有次序共享数据的重要组件

2. 并发队列和并发集合的区别:

   • 队列遵循“先进先出”的规则,可以想象成排队检票,队列一般用来解决大数据量采集处理和显示的。
   • 并发集合就是在多个线程中共享数据的

3. 怎么判断并发队列是阻塞队列还是非阻塞队列 在并发队列上JDK提供了Queue接口,一个是以Queue接口下的BlockingQueue接口为代表的阻塞队列,另一个是高性能(无堵塞)队列。

4. 阻塞队列和非阻塞队列区别

   • 当队列阻塞队列为空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞。
   • 或者当阻塞队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞。
   • 或者试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他的线程往空的队列插入新的元素。
   • 试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来

5. 常用并发列队的介绍

   1. 非堵塞队列:
      • ArrayDeque, (数组双端队列) ArrayDeque (非堵塞队列)是JDK容器中的一个双端队列实现,内部使用数组进行元素存储,不允许存储null值,可以高效的进行元素查找和尾部插入取出,是用作队列、双端队列、栈的绝佳选择,性能比LinkedList还要好。
      • PriorityQueue, (优先级队列) PriorityQueue (非堵塞队列) 一个基于优先级的无界优先级队列。优先级队列的元素按照其自然顺序进行排序,或者根据构造队列时提供的 Comparator 进行排序,具体取决于所使用的构造方法。该队列不允许使用 null 元素也不允许插入不可比较的对象
      • ConcurrentLinkedQueue, (基于链表的并发队列) ConcurrentLinkedQueue (非堵塞队列): 是一个适用于高并发场景下的队列,通过无锁的方式,实现了高并发状态下的高性能。ConcurrentLinkedQueue的性能要好于BlockingQueue接口,它是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。该队列不允许null元素。
   2. 堵塞队列:
      • DelayQueue, (基于时间优先级的队列,延期阻塞队列) DelayQueue是一个没有边界BlockingQueue实现,加入其中的元素必需实现Delayed接口。当生产者线程调用put之类的方法加入元素时,会触发Delayed接口中的compareTo方法进行排序,也就是说队列中元素的顺序是按到期时间排序的,而非它们进入队列的顺序。排在队列头部的元素是最早到期的,越往后到期时间赿晚。
      • ArrayBlockingQueue, (基于数组的并发阻塞队列) ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据
      • LinkedBlockingQueue, (基于链表的FIFO阻塞队列) LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。
      • LinkedBlockingDeque, (基于链表的FIFO双端阻塞队列) LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列,即可以从队列的两端插入和移除元素。双向队列因为多了一个操作队列的入口,在多线程同时入队时,也就减少了一半的竞争。相比于其他阻塞队列,LinkedBlockingDeque多了addFirst、addLast、peekFirst、peekLast等方法,以first结尾的方法,表示插入、获取获移除双端队列的第一个元素。以last结尾的方法,表示插入、获取获移除双端队列的最后一个元素。LinkedBlockingDeque是可选容量的,在初始化时可以设置容量防止其过度膨胀,如果不设置,默认容量大小为Integer.MAX_VALUE。
      • PriorityBlockingQueue, (带优先级的无界阻塞队列) priorityBlockingQueue是一个无界队列,它没有限制,在内存允许的情况下可以无限添加元素;它又是具有优先级的队列,是通过构造函数传入的对象来判断,传入的对象必须实现comparable接口。
      • SynchronousQueue (并发同步阻塞队列) SynchronousQueue是一个内部只能包含一个元素的队列。插入元素到队列的线程被阻塞,直到另一个线程从队列中获取了队列中存储的元素。同样,如果线程尝试获取元素并且当前不存在任何元素,则该线程将被阻塞,直到线程将元素插入队列。将这个类称为队列有点夸大其词。这更像是一个点。

6. 并发队列的常用方法 不管是那种列队,是那个类,当是他们使用的方法都是差不多的