Java的并发

这是一篇关于Java的并发的思维导图，包括锁的实现、无锁技术、锁的最佳实践、锁类型、并发工具类等内容。

Java的并发

• 锁的实现
  • synchronized
    • 可以作用在
      • 方法
        • 子类继承方法后默认是不带synchronized， 需要显式声明
        • static方法 public static synchronized method(){}
          • 类锁
        • 非static方法 public synchronized mithod(){}
          • 对象锁
      • 代码块 synchronized {}
      • 类 synchronized(Clazz.class){}
    • 缺陷
      • 阻塞无法中断
      • 阻塞无法控制超时（无法自动解锁）
      • 无法异步处理锁（不能立即知道是否可以拿到锁）
      • 无法根据条件灵活的加锁解锁（不能修改范围）
      • 当多个线程同时读时也会相互阻塞
  • Lock
    • 实现类
      • ReentrantLock
      • ReentrantReadWriteLock
    • 特点
      • 使用方式更灵活可控
      • 性能开销小
      • 支持中断
      • 支持超时
      • 支持非阻塞获取锁
    • 常用方法
      • void lock();
        • 获取锁
      • void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
        • 获取锁，可以响应中断
      • boolean tryLock();
        • 尝试获取锁
      • boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
        • 尝试在给定时间内获取锁
      • void unlock();
        • 释放锁
      • Condition newCondition();
        • 新增一个绑定到当前锁的条件
          • void await() throw InterruptedException;
          • void awaitUninterruptibly();
          • boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
          • boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
          • 等待信号
          • void signal();
          • void signalAll();
          • 给等待线程发送唤醒信号
      • Lock readLock();
        • 获取读锁，共享锁
      • Lock writeLock();
        • 获取写锁，独占锁
    • 工具类
      • LockSupport
        • public static void park();
        • public static void parkNanos(long nanos);
        • public static void parkUntil(long deadline);
        • public static void part(Object blocker);
        • public static void parkNanos(Object blocker, long nanos);
        • public static void parkUntil(Object blocker, long deadline);
        • 暂停当前线程
        • public static void unpark(Thread thead);
          • 恢复当前线程
        • public static Object getBlocker(Thread t);
          • 拿到指定线程的锁的对象
• 无锁技术
  • Unsafe API
    • CAS(CompareAndSwap)
  • CPU硬件指令支持
    • CAS指令
  • Value的可见性
    • volatile关键字
  • 原子类
    • AtomicBoolean
    • AtomicInteger
    • AtomicIntegerArray
    • AtomicIntegerFieldUpdater
    • AtomicLong
    • AtomicLongArray
    • AtomicLongFieldUpdater
    • AtomicMarkableReference
    • AtomicReference
    • AtomicReferenceArray
    • AtomicReferenceFieldUpdater
    • AtmoicStampedReference
    • DoubleAccumulator
    • DoubleAdder
    • LongAccumulator
    • LongAdder
    • Striped64
• 并发工具类
  • AQS(AbstractQueuedSynchronizer)
    • 队列同步器，他是构件锁或者其他同步组件的基础
  • Semaphore
    • public Semaphore(int permits);
      • permits:总数
    • public Semaphore(int permits, boolean fair);
      • permits:总数 fair:是否是公平锁
    • public void acquireUninterruptibly();
      • 获取锁
    • public void release();
      • 释放锁
  • CountDownLatch
    • public CountDownLatch(int count);
      • count:总数
    • void await() throws InterruptedException;
      • 等待 数量为0
    • boolean await(long timeout, TimeUnit unit);
      • 限时等待
    • void countDown();
      • 等待数-1
    • long getCount();
      • 返回等待数量
    • 与CyclicBarrier做比较
      • 在主线程里await阻塞并做聚合
      • N个线程执行了countDown，主线程继续
      • 主线程里拿到同步点
      • 基于AQS实现，state为count，递减到0
      • 不可以复用
  • CyclicBarrier
    • public CyclicBarrier(int parties);
      • parties:需要等待的数量
    • public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction);
      • parties:需要等待的数量 barrierAction:需要执行的任务
    • int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException;
      • 等待全部线程到达
    • int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException;
      • 限时等待线程到达
    • void reset();
      • 重新开始
    • 与CountDownLatch比较
      • 直接在各个子线程里await阻塞，回调聚合
      • N个线程执行了await时，N个线程继续
      • 回调被最后到达同步点的线程执行
      • 基于可重入锁condition.await/signalAll实现
      • 计数为0时重置为N，可以复用
• ThreadLocal
• 锁的最佳实践
  • 永远只在更新对象的成员变量时加锁
  • 永远只在访问可变的成员变量时加锁
  • 永远不在调用其他对象的方法时加锁
• 锁类型
  • 可重入锁
    • synchronized和Lock都是可重入锁
  • 可中断锁
    • synchronized是不可中断锁 Lock是可中断锁
  • 公平锁
    • synchronized是非公平锁 Lock默认是非公平锁，可设置
  • 读写锁
    • Lock
      • 读锁与读锁不互斥 读锁与写锁互斥 写锁与写锁互斥
    • synchronized
      • 都互斥
  • 自旋锁
  • 偏向锁
    • 偏向锁是无锁竞争下可重入锁的简单实现
    • 优点
      • 加锁和解锁不需要额外消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距
    • 缺点
      • 如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗
    • 适用场景
      • 适用于只有一个线程访问同步块
  • 轻量级锁
    • 优点
      • 竞争线程不会阻塞，提高了程序的相应速度
    • 缺点
      • 如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU
    • 适用场景
      • 追求响应时间 同步块执行速度非常快
  • 重量级锁
    • 优点
      • 线程竞争不适用自旋，不会消耗CPU
    • 缺点
      • 线程阻塞，响应时间缓慢
    • 适用场景
      • 追求吞吐量 同步块执行速度较长
  • 分段锁
• java.util.concurrent
  • 锁机制类 Locks
    • Lock
    • Condition
    • ReentrantLock
    • ReadWriteLock
    • LockSupport
  • 原子操作类 Atomic
    • AtomicInteger
    • AtomicLong
    • LongAdder
  • 线程池相关类 Executor
    • Future
    • Callable
    • Executor
    • ExecutorService
  • 信号量三组工具类 Tools
    • CountDownLatch
    • CyclicBarrier
    • Semaphore
  • 并发集合类 Collections
    • CopyOnWriteArrayList
    • ConcurrentMap