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PXM的JAVA并发编程学习总结

news 2025/9/6 5:56:53

进程与线程

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。

在 Java 中，当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程，而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程，也称主线程。

线程与进程类似，但是是一个更小的执行单位，一个进程运行时可以产生多个线程，但是同一个进程的线程之间会共享堆和方法区，而进程与进程之间时相互隔离的。

所以系统创建和运行线程的开销比进程小很多。

Java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面 6 种不同状态的其中一个状态：

NEW: 初始状态，线程被创建出来但没有被调用 start() 。
RUNNABLE: 运行状态，线程被调用了 start()等待运行的状态。
BLOCKED：阻塞状态，需要等待锁释放。
WAITING：等待状态，表示该线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
TIME_WAITING：超时等待状态，可以在指定的时间后自行返回而不是像 WAITING 那样一直等待。
TERMINATED：终止状态，表示该线程已经运行完毕

volatile

volatile关键字能够保证变量的可见性，如果声明了volatile关键字，每次都会从主内存中获取变量。本质原因时它禁用了cpu缓存，因为cpu缓存中的L1,L2级缓存时不共享的，所以才会造成同一个变量在不同线程读到的值可能不一致，因此禁用，让它们全部实时对共享的主内存进行修改即可。还有一个重要的特性就是volatile通过内存屏障，能够防止指令重排。这个的主要应用参考单例模式双重检查锁，如果有一个线程发现单例已经不为null了，并开始调用，如果没加volatile,那么可能由于指令重排，这个单例的创建变成了先建立引用，再初始化，此时由于初始化尚未完成，容易引发未知问题。当然，它不能保证操作的原子性，进行并发写的时候仍然会出问题。

synchronized

synchronized可以保证用它修饰的方法或者代码块同时只有一个线程在运行，对于语句块，内部基于monitor相关指令和对象头实现，monitor是JVM的内置锁，通过争抢monitor来确保只有一个线程能进入。对于方法，用的则是ACC_SYNCHRONIZED，用于标记这个方法是一个同步方法。

synchronized会随着锁竞争的加剧自动进行锁升级，因为在低竞争环境下，中止线程并唤醒的成本显然较高，轻量级锁更优，在高竞争环境下，显然让大量线程自旋等待容易导致资源被耗尽。因此，锁会经历如下过程：无锁->偏向锁->轻量锁->自旋锁，在后续版本（jdk15)，偏向锁逐渐被淘汰了，由于现在的锁往往是多线程竞争而不是同一线程反复调用，因此偏向锁往往是负优化。

volatile 关键字是线程同步的轻量级实现，所以 volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是 volatile 关键字只能用于变量而 synchronized 关键字可以修饰方法以及代码块。
volatile 关键字能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性。synchronized 关键字两者都能保证。
volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而 synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。

ReentrantLock

ReentrantLock是一个可重入的独占锁，是对AQS框架的一个实现。相比syncornized增加了轮询、超时、中断、公平锁和非公平锁等高级功能，通过对AQS的state变量进行维护实现可重入。和syncornized不同的地方在于它有更多高级功能，并且是JDK层面的锁，而syncornized是由JVM实现的。唯一需要注意的是它要显式调用lock() 和 unlock()，使用不当可能产生死锁，一般通过try-catch调用，并放在finally里面解锁。

Threadlocal

Threadlocal类可以让每个线程读取同一个对象的同一个属性，都有相互独立的不同副本，可以避免数据竞争问题，它的核心实现逻辑在于通过把Threadlocal本身的引用和要被传入的属性组成一对Entry,其中Threadlocal本身的虚引用是Key，被传入的属性是value。因为Key是弱引用，所以当发生gc的时候会把它回收，所以如果没有了其它Threadlocal强引用，进行gc的时候会将Key也就是Threadlocal给回收掉。这样就不会导致污染后续使用者了。

Threadlocal有一个内部类叫做threadlocalMap,其中Threadlocal产生的entry就存在这里，每个线程的这个是唯一的，通过Threadlocal对象就能查找到当前线程的Threadlocal修饰的数据。

Threadlocal虽然很好，但是也有一些缺点。诸如内存泄露，因此你最好在执行结束的时候释放所有和当前线程有关的Threadlocal，必须通过try-catch调用并在finally代码块中手动调用remove。如果是公有的Threadlocal，最好加上final static关键字防止threadlocal被多次实例化。

Threadlocal和公共的ConcurrentHashMap最大的不同就是Threadlocal只负责储存私有信息，ConcurrentHashMap会共享给所有对象。

线程池

推荐使用ThreadPoolExecutor进行实现，构造参数如下：

int corePoolSize,//线程池的核心线程数量 int maximumPoolSize,//线程池的最大线程数 long keepAliveTime,//当线程数大于核心线程数时，多余的空闲线程存活的最长时间 TimeUnit unit,//时间单位 BlockingQueue workQueue,//任务队列，用来储存等待执行任务的队列 ThreadFactory threadFactory,//线程工厂，用来创建线程，一般默认即可 RejectedExecutionHandler handler//拒绝策略，当提交的任务过多而不能及时处理时，我们可以定制策略来处理任务

核心线程数量就是线程池中一直保持着的线程数，即使没有请求它们也仍然会继续等待，防止突然来请求了大量增开线程导致阻塞。

最大线程数就是在请求变多，并且任务队列也放不下了以后，线程池扩容的最大线程数。

存活时间和时间单位会在线程扩容后，若线程空闲超过一定时长就回收它们，直到等于核心线程数。

任务队列会存储即将进行的任务，线程在上一个任务完成后会向这个队列的头部进行拉取，如果要根据权重排优先级可以改成PriorityBlockingQueue。队列也可分为有界和无界的，如果是有界的就会在装不下了之后触发拒绝策略。

线程工厂用于创建新线程，可以自己定义属性，如定制线程名称，守护线程，设置优先级等，基本上都要自定义，默认的调试较为困难。

拒绝策略用于处理任务队列丢弃的数据，常见的有直接丢弃，让原线程运行，重试等。