图学java基础篇之并发

概述

并发处理自己就是编程开发重点之一，同时内容也很繁杂，从底层指令处理到上层应用开发都要涉及，也是最容易出问题的地方。这块知识也是评价一个开发人员水平的重要指标，本人自认为如今也只是学其皮毛，所以本文重点介绍java的并发相关体系，具体的点懂得就多讲，不懂得就给出参考文章。先来看图：

本文重点介绍jdk中concurrent的内容，并发相关基础不在介绍，若是想系统的学习，建议直接看并发大做《java并发编程实践》吧(以前看过，惋惜不少地方没懂)，博客终究只是快餐，加强学习拓展知识很好，但打基础仍是要看书实战的。

java内存模型

直接盗图一张（图寝删），详细讲解参考博客。

java内存模型的做用能够理解为抽象了线程私有内存与主存（共享内存或堆）的关系，也就是原子性、可见性、顺序性的原则，然后介绍的内容都是为了保证这些原则的实现手段。

实现多线程的方法

这一块其实没必要多说，你们都很熟悉，这里简单对比下优缺点：

• 继承Thread：因为java不支持多继承，因此用起来有很强的局限性，使用场景很少。
• 实现Runnable接口：经常使用的方式，有点对比Thread，而且更方便实现资源共享（二者异同,重点在评论）
• 实现Callable接口: 结合Future使用，能够获取线程执行结果
• Executor：concurrent中提供的一个上层并发处理框架，底层也是基于上边三种实现，基于此实现了线程池、任务调度等类，为一些典型场景提供了便捷的实现手段。

实现同步的方法

这一块也是经常使用的，也仅对比介绍一下：

• volatile：volatile保证了原子操做在线程间的可见性(注意仅能保证可见性)，而且修饰对象的操做不会指令重排。对于一个原子操做能够保证其之间一致，可是原子操做真的不多，好比i++都不行。更多介绍
• Atomic：原子类，，基于CAS原理实现，提供了基本类型和引用对应的类，能保证其基本操做的可见性，底层基于volatile和Unsafe类（一个线程安全相关类，能够调用底层native方法）。若是线程间的同步仅限于某个值的改变，则可考虑用该类（实际上多数时候即便适合用也能找到对应的上层封装类，而没必要本身实现）
• synchronized：最为经常使用的同步方法之一，能够分为同步方法和同步代码块两类，使用简单，惟一必定要搞清的是synchronized锁的对象是谁。（拓展：synchronized底层实现）
• wait/notify：同步几大原语之二（记得还有join吧），java的Object中已实现的native方法，经常使用来同步线程执行顺序或进度，然而多数场景concurrent也提供了对应工具类，因此通常使用时也应该优先使用对应的工具类
• Lock：锁，主要有ReentrantLock和ReadWriteLock，该方式较synchronized的优点就是使用比较灵活，同步再也不局限于代码块或者方法，能够在任何须要的地方加锁解锁。就性能方面，除非你用的是1.4以前的jdk，不然二者差别不大
• ThreadLocal：线程本地变量，其内部是一个map，key为线程对象自己，value为对应变量的一个拷贝，每一个线程使用该变量时实际使用的是其副本，以此解决多线程共享变量的竞争，须要注意的是改类型并非解决同步问题的，而是解决资源共享问题的，每一个线程使用各自的副本，相互之间不影响，可是该变量的值变化相互之间也是隔离的ThreadLocal深刻剖析

concurrent包

JDK 1.5增长了java.util.concurrent包，其内部提供了大量并发相关类，大大简化了设计并发的程序开发。该包大体可分为四大块：Atomic、Lock、Executor、以及线程安全的集合类，因为集合类已经在该系列第一篇介绍过，所以这里重点介绍前三块，此外还有一些工具类，这里仅介绍几个常见的。

Atomic

前边已经介绍过，Atomic为修饰的对象提供了原子更新，保证了其更新在线程间的可见性，Atomic包内的原子类实现主要基于CAS原理，利用了Unsafe包提供的CAS方法，其中能够分为如下几类：

• 原子更新基本类型类，提供了AtomicBoolean、AtomicInteger和AtomicLong，对于其余基本类型，能够参照其实现自行经过Unsafe的方法实现（实质上都是转成int处理）
• 原子更新数组类：也提供了三种类型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray和AtomicReferenceArray
• 原子更新引用类型：对于非基本类型提供的类，AtomicReference、AtomicReferenceFieldUpdater、AtomicMarkableReference
• 原子更新字段类：这几个类主要用于更新类中的某个字段：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicStampedReference
  这些类使用方法相似，都是经过如下方法实现原子更新：
  
• getAndSet(v)：设置新值，返回旧值
• compareAndSet(expectedValue, newValue)：若是当前值(current value)等于期待的值(expectedValue), 则原子地更新指定值为新值(newValue), 若是更新成功，返回true, 不然返回false, 换句话能够这样说: 将原子变量设置为新的值, 可是若是从我上次看到的这个变量以后到如今被其余线程修改了(和我指望看到的值不符), 那么更新失败
  详细的使用能够参考Java中的Atomic包使用指南

Lock

Lock提供了一种更为灵活的同步方式，Lock下主要有如下类：

• ReentrantLock：重入锁，其底层经过一个Sync的静态类实现加锁解锁。Sync继承自AbstractQueuedSynchronizer，该抽象类内部实现了一个链表，保存了请求获取锁的状态，同时其内部有一个状态值，用来表示锁是否被线程获取，其修改经过Unsafe包提供的CAS方法，以此能够保证其可见性。同时尤为内部实现也能够知道，之因此叫重入锁，是由于其提供了非阻塞的使用方式，若是使用tryLock方法，当lock时在发现锁已lock的状况下，会当即返回结果，而不会阻塞。使用示例
• ReentrantReadWriteLock：可重入读写锁。实现原理和ReentrantLock同样，再次基础上增长了读写锁的操做。使用示例
  
• Condition：实现类是AbstractQueuedSynchronizer中的一个内部类，其功能是实现线程间的协调通讯，使得某个，或者某些线程一块儿等待某个条件（Condition），只有当该条件具有( signal 或者 signalAll方法被带调用)时 ，这些等待线程才会被唤醒，从而从新争夺锁。使用示例
• LockSupport：能够看作对Unsafe包中并发原语的封装，为上层的锁实现提供原语操做。通常状况下上层开发不多用到。

Executor

Executor框架是concurrent中最经常使用的内容之一，其提供了一套可以便捷管理线程和任务的类，使咱们可以很方便建立、调度一批具备同类操做的线程。其主要有如下几个类(接口)：

• Callable、Future：前边已经介绍过了，提供了一种能够获取返回值的线程实现方法，通常与
  ExecutorService配合使用。Callable使用
  
• Executor：线程工具类，主要用于线程池、ThreadFactory、Callable实例。Executors详解
• ThreadFactory：接口类，提供了建立线程个工厂类，可能是时候配合线程池，做为参数传入为线程池提供建立线程的方法。
• ExecutorService：接口类，是线程池实现类ThreadPoolExecutor的基类。
• ExecutorCompletionService：与ExecutorService功能同样，不过其提供了poll()和take()两个方法用于获取线程执行结果，前者是非阻塞的，后者是阻塞的。
  使用示例

other

此外concurrent包还提供了一些其余类，这里仅列出功能，具体的使用可自行查询，这里给出一个比较完善的总结java.util.concurrent 用户指南

• ForkJoinPool：和ExecutorService相似，不过其提供了fork和join的功能，可以将池内指定级别的任务进行分解或合并。这种处理方式与目前不少流处理框架相似，不过该实现使用的很少。
• CountDownLatch：CountDownLatch 是一个线程协调器，它容许一个或多个线程等待一系列指定操做的完成。
  CountDownLatch 以一个给定的数量初始化。countDown() 每被调用一次，这一数量就减一。经过调用await() 方法之一，线程能够阻塞等待这一数量到达零。
• CyclicBarrier：CyclicBarrier类也是一种同步机制，它能够在指定位置设定barrier，只有全部线程都执行到该位置是，才会继续向下执行。
• Exchanger：该类提供了线程间交换数据的方法，能够视做一个管道。实现原理
• Semaphore：信号量，学过操做系统的都知道，实现生产者—消费者的经常使用手段之一，信号量最大的用处是能够控制资源的访问数量，比起阻塞队列更加灵活。使用示例

其余

正如最开始所说的，并发相关的知识毫不是看一些知识点就能够掌握的，若是想要真正掌握，必须系统的学习。这里只是列出一些java相关的知识点，仅供参考。
最后再附两篇博文，有兴趣的能够看下：

• http://www.importnew.com/14506.html
• http://icyfenix.iteye.com/blog/1018932