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Java线程并发控制基础知识
微博上众神推荐今年4月刚刚出版的一本书，淘宝华黎撰写的《大型网站系统与Java中间件实践》，一线工程师的作品，实践出真知，果断要看。
前两章与《淘宝技术这十年》内容类似，基本是讲从一个小网站如何慢慢升级成分布式网站，从第三章开始亮出干货，个人感觉总结的很好，本文主要摘取并扩充下作者第三章的内容
作学习交流之用，非盈利性质
线程池、线程同步、互斥锁、读写锁、原子数、唤醒、通知、信号量、线程交换队列
线程池
推荐用ThreadPoolExecutor的工厂构造类Executors来管理线程池，线程复用线程池开销较每次申请新线程小，具体看代码以及注释
public class TestThread { /** * 使用线程池的方式是复用线程的（推荐） * 而不使用线程池的方式是每次都要创建线程 * Executors.newCachedThreadPool()，该方法返回的线程池是没有线程上限的，可能会导致过多的内存占用 * 建议使用Executors.newFixedThreadPool(n) * * 有兴趣还可以看下定时线程池：SecheduledThreadPoolExecutor */ public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { int nThreads = 5; /** * Executors是ThreadPoolExecutor的工厂构造方法 */ ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(nThreads); //submit有返回值，而execute没有返回值，有返回值方便Exception的处理 Future res = executor.submit(new ConsumerThread()); //executor.execute(new ConsumerThread()); /** * shutdown调用后，不可以再submit新的task，已经submit的将继续执行 * shutdownNow试图停止当前正执行的task，并返回尚未执行的task的list */ executor.shutdown(); //配合shutdown使用，shutdown之后等待所有的已提交线程运行完，或者到超时。继续执行后续代码 executor.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS); //打印执行结果，出错的话会抛出异常，如果是调用execute执行线程那异常会直接抛出，不好控制，submit提交线程，调用res.get()时才会抛出异常，方便控制异常 System.out.println("future result:"+res.get()); } static class ConsumerThread implements Runnable{ @Override public void run() { for(int i=0;i<5;i++) { System.out.println(i); } } } }
输出：
0 1 2 3 4 future result:null
线程同步
synchronized(this)和synchronized(MyClass.class)区别：前者与加synchronized的成员方法互斥，后者和加synchronized的静态方法互斥
synchronized的一个应用场景是单例模式的，双重检查锁
public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }
注意：不过双重检查锁返回的实例可能是没有构造完全的对象，高并发的时候直接使用有问题，不知道在新版的java里是否解决了
所以有了内部类方式的单例模式，这样的单例模式有了延迟加载的功能（还有一种枚举方式的单例模式，用的不多，有兴趣的可以上网查）
//（推荐）延迟加载的单例模式
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }
若不要延迟加载，在类加载的时候实例化对象，那直接这么写，如下：
public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } }
volatile保证同一变量在多线程中的可见性，所以它更多是用于修饰作为开关状态的变量
用synchronized修饰变量的get和set方法，不但可以保证和volatile修饰变量一样的效果（获取最新值），因为synchronized不仅会把当前线程修改的变量的本地副本同步给主存，还会从主存中读取数据更新本地副本。而且synchronized还有互斥的效果，可以有效控制并发修改一个值，因为synchronized保证代码块的串行执行。如果只要求获取最新值的特性，用volatile就好，因为volatile比较轻量，性能较好。
互斥锁、读写锁
ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock
JDK5增加了ReentrantLock这个类因为两点：
1.ReentrantLock提供了tryLock方法，tryLock调用的时候，如果锁被其他线程（同一个线程两次调用tryLock也都返回true）持有，那么tryLock会立即返回，返回结果是false。lock()方法会阻塞。
2.构造RenntrantLock对象可以接收一个boolean类型的参数，描述锁公平与否的函数。公平锁的好处是等待锁的线程不会饿死，但是整体效率相对低一些；非公平锁的好处是整体效率相对高一些。
注意：使用ReentrantLock后，需要显式地进行unlock，所以建议在finally块中释放锁，如下：
lock.lock(); try { //do something } finally { lock.unlock(); }
ReentrantReadWriteLock与ReentrantLock的用法类似，差异是前者通过readLock()和writeLock()两个方法获得相关的读锁和写锁操作。
原子数
除了用互斥锁控制变量的并发修改之外，jdk5中还增加了原子类，通过比较并交换（硬件CAS指令）来避免线程互斥等待的开销，进而完成超轻量级的并发控制，一般用来高效的获取递增计数器。
AtomicInteger counter = new AtomicInteger(); counter.incrementAndGet(); counter.decrementAndGet();
可以简单的理解为以下代码，增加之后与原先值比较，如果发现增长不一致则循环这个过程。代码如下
public class CasCounter { private SimulatedCAS value; public int getValue() { return value.getValue(); } public int increment() { int oldValue =http://www.mamicode.com/ value.getValue(); while (value.compareAndSwap(oldValue, oldValue + 1) != oldValue) oldValue = value.getValue(); return oldValue + 1; } }
可以看IBM工程师的一篇文章 Java 理论与实践: 流行的原子
唤醒、通知
wait,notify,notifyAll是java的Object对象上的三个方法，多线程中可以用这些方法完成线程间的状态通知。
notify是唤醒一个等待线程，notifyAll会唤醒所有等待线程。
CountDownLatch主要提供的机制是当多个（具体数量等于初始化CountDownLatch时的count参数的值）线程都到达了预期状态或完成预期工作时触发事件，其他线程可以等待这个事件来触发后续工作。
举个例子，大数据分拆给多个线程进行排序，比如主线程
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5); for(int i=0;i<5;i++) { threadPool.execute(new MyRunnable(latch,datas)); } latch.await(); //do something 合并数据
MyRunnable的实现代码如下
public void run() { //do something数据排序 latch.countDown();
//继续自己线程的工作，与CyclicBarrier最大的不同，稍后马上讲 }
CyclicBarrier循环屏障，协同多个线程，让多个线程在这个屏障前等待，直到所有线程都到达了这个屏障时，再一起继续执行后面的动作。
使用CyclicBarrier可以重写上面的排序代码
主线程如下
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5+1); //主线程也要消耗一个await，所以+1 for(int i=0;i<5;i++) { threadPool.execute(new MyRunnable(barrier,datas));//如果线程池线程数过少，就会发生死锁 } barrier.await(); //合并数据
MyRunnable代码如下
public void run() { //数据排序 barrier.await(); } //全部 count+1 await之后（包括主线程），之后的代码才会一起执行
信号量
Semaphore用于管理信号量，与锁的最大区别是，可以通过令牌的数量，控制并发数量，当管理的信号量只有1个时，就退化到互斥锁。
例如我们需要控制远程方法的并发量，代码如下
semaphore.acquire(count); try { //调用远程方法 } finally { semaphore.release(count); }
线程交换队列
Exchanger用于在两个线程之间进行数据交换，线程会阻塞在Exchanger的exchange方法上，直到另外一个线程也到了同一个Exchanger的exchanger方法时，二者进行交换，然后两个线程继续执行自身相关代码。
public class TestExchanger { static Exchanger exchanger = new Exchanger(); public static void main(String[] args) { new Thread() { public void run() { int a = 1; try { a = (int) exchanger.exchange(a); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Thread1: "+a); } }.start(); new Thread() { public void run() { int a = 2; try { a = (int) exchanger.exchange(a); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Thread2: "+a); } }.start(); } }
输出结果：
Thread2: 1
Thread1: 2
并发容器
CopyOnWrite思路是在更改容器时，把容器写一份进行修改，保证正在读的线程不受影响，适合应用在读多写少的场景，因为写的时候重建一次容器。
以Concurrent开头的容器尽量保证读不加锁，并且修改时不影响读，所以会达到比使用读写锁更高的并发性能
最后向大家推荐下，淘宝华黎的这本书《大型网站系统与Java中间件实战》