JUC

Java并发包内容思维导图，本图汇总了CAS基础、Atomic包、locks包、线程池、对比开源框架、常用并发工具、AQS、并发容器的内容，大家可以学起来哦。

JUC

• CAS基础
  • cas全称compare and swap,其理论思想类似于乐观锁，但是无状态（ABA问题存在）
  • 绝大多数的cpu支持cas指令，编程时可以认为cas就是原子操作
  • 如果程序不能容忍ABA问题，则不可使用cas算法
  • Unsafe类是完成CAS操作的基础类，但是JVM开发者并不希望程序开发者使用
• Atomic包
  • 为了让用户享受cas带来的收益，jdk广泛了使用了CAS算法， atomic则是提供给程序员使用的一些原子类，提供能保证线程安全性的一些常用操作
  • AtomicInteger
    • 对比Integer，它是可变的，而且是线程安全的
    • 对于一些赋值操作，则是死循环的使用CAS指令，毕竟CAS指令并非一定成功
    • 常见操作有addAndGet,updateAndGet,compareAndSet等等
    • 几乎一样的类还有AtomicBoolean，AtomicLong
  • AtomicReference
    • 修改引用的原子类，可用于复杂类型的
  • AtomicStampReference
    • 相对于AtomicReference，可以解决ABA问题，相当于加入了状态值
  • AtomicIntegerArray
    • 对整型数组的操作
  • AtomicIntegerFiledUpdater
    • 对int属性的原子操作
    • 属性必须是int类型，不能使用包装类型Integer
    • 只能是实例属性，不能是类属性
    • 必须用volatile修饰
    • 必须是可访问的属性
• locks包
  • ReentrantLock
    • 重入锁，算是synchronized关键字的扩展，在JDK1.6之后两者性能并无明显差别
    • 与synchronized的区别
      • 支持跨方法的锁定与释放
      • 支持超时返回，和尝试获取锁（有效避免死锁）
      • 支持响应中断
      • 支持锁的公平和非公平选择
      • 支持多条件（condition）的通知策略
  • ReentrantReadWirteLock
    • 在Reentrant的基础上做了读写分离，适用于高频读的场景
    • 实现原理中的用一个int值表示读和写两种状态非常巧妙，值得探索
  • StampedLock
    • 在JDK1.8之后加入的锁，其补充读写锁带来的读写互斥问题
    • 支持乐观读，只有写锁改变了状态才会影响读锁
  • LockSupport
    • 通过静态方法，对线程挂起和恢复的工具类
• 线程池
  • ThreadPoolExecutor
    • 构造器入参
      • corePoolSize（int）始终维护的线程个数
      • maxPoolSize（int）线程池可扩展的最大线程数量
      • keepAliveTime（int）超corePoolSize的线程恢复到corePoolSize的可空闲时间，配合④中的单位，确定时间
      • unit（TimeUnit）③中的单位
      • workQueue（BlockingQueue）任务缓冲队列
      • threadFactory（ThreadFactory）线程工厂
      • handler（RejectedExecutionHandler）拒绝策略
    • 任务提交过程
      • 否，创建线程执行任务
      • 是，执行第二步
      • 判断当前线程是否大于等于corePoolSize
        • 否，创建线程执行任务
        • 是，执行第二步
      • 任务是否可以加入workQueue
        • 是，加入workQueue
        • 否，执行第三步
      • 判断当前线程是否大于或等于maxPoolSize
        • 否，创建线程执行任务
        • 是，执行拒绝策略
    • 实现原理
      • 内部使用Worker类实现，worker实现了AQS，自己本身是一把锁
      • Worker不断从workQueue队列中获取任务，如果获取不到，则被阻塞
      • shutDown时，调用用worker的tryLock，如果不能则worker繁忙
      • 一个原子整型类， 前3位维护线程状态，后29位维护线程数量
  • ScheduledThreadPoolExecutor
    • 继承ThreadPoolExecutor，内部使用DelayedQueue时间调度方案
  • ForkJoinPool
    • 分治思想，fork代表拆分任务，join代表合并结果
    • RecursiveAction/RecursiveTask实现ForkJoinTask，分别提供无返回值和有返回值的compute方法，递归方法的实现
    • 为了避免fork是滥用线程，所以使用ForkJoinPool来提交ForkJoinTask
  • Executors
    • 简单理解为线程池工厂类
    • newSingleThreadExecutor，创建一个单一线程的线程池，workQueue为无界队列
    • newFixedThreadPool，创建一个固定数量的线程池，workQueue为无界队列
    • newCachedThreadPool，创建一个任意线程数量的线程池，workQueue无容量，corePoolSize为0
    • newSingleThreadScheduledExecutor，创建一个单一任务调度线程池
    • newScheduledThreadPool，创建固定数量任务调度的线程池
    • newWorkStealingPool，创建一个ForkJoinPool线程池，抢占式线程池
• 对比开源框架
  • Guava
    • RateLimiter, 限流工具类
    • DirectExecutor，直接在提交线程执行的线程池
    • Daemon线程池，MoreExecutors.getExitingExecutorService()
    • Future中加入FutureCallBack能在任务调度完成后回调
  • AKKA
    • 是个高并发的事件驱动框架，性能极高，可以了解
• 常用并发工具
  • Semaphore
    • 对锁的一种补充，能允许多个线程进入临界资源
    • 只控制线程数量，并不保证线程安全
  • CountDownLatch
    • 线程倒计数器，等到计数到达某个值时出发
    • 助理解：比如计数器是10，多个线程完成任务后将计数器-1，主线程等到计数器为0时触发
  • CyclicBarrier
    • 相当于是可以循环使用的计数器了，每次到达数量触发一次await()方法返回
  • Exchanger
    • 线程间的数据交换，倒是不太常用
  • ThreadLocal
    • 这个并非是JUC下面的类，但是应用广泛，理解上放一起也行
    • 主要作用是给每个线程一个副本对象，多线程环境下，每个ThreadLocal封装的对象都是线程独有的，而且不会被其他线程访问到
  • ThreadLocalRandom
    • JDK1.7之后的随机数工具
    • 其目的是解决多线程下Random随机数的实例争夺问题
  • Future/Callable
    • 将任务交给另外一个线程执行，可以获得对应的返回结果，常用语异步编程
    • 理解中，要明确任务只是被另外一个线程执行，缩短的提交线程的同步等待，并非可以提高系统的处理能力
• AQS
  • AbstractQueuedSynchronizer单独讲是因为它很重要，很多工具都是基于它实现的
  • 自己或内部类实现AQS的工具有ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，Semaphore，CountDownLatch等
  • 实现锁需要的条件
    • 需要一个状态记录是否上锁或锁次数，由AQS定义的int类型的state
    • 需要一个记录当前持有锁的线程，由AQS定义
    • 需要一个对线程挂起，恢复的工具，用LockSupport完成的
    • 需要将等待锁的线程加入一个队列进行维护，由AQS完成
  • 通过锁需要的条件，可以很明显看出AQS的作用了，就是维护锁状态，持有锁线程和等待锁的队列
• 并发容器
  • BlockingQueue
    • 添加元素
      • add，队列满时抛出异常，成功返回true
      • offer，返回添加成功或者失败
      • put，队列满时阻塞住，没有返回值
    • 移除元素
      • remove删除指定的元素不阻塞
      • poll从队列头移除一个元素，不阻塞
      • peek获取队列头元素，不会移除元素，不阻塞
      • take阻塞
  • LinkedBlockingQueue
    • 内部使用链表实现的一个BlockingQueue
  • ArrayBlockingQueue
    • 内部是用数组实现的一个BlockingQueue
  • PriorityBlockingQueue
    • 可以根据元素大小进行优先级出队列，实现comparable接口
  • DelayQueue
    • 延时队列，可以获取剩余时间，如果时间小于等于0，可以将其取出
    • 由Delayed接口的实现来计算时间
  • SynchronousQueue
    • 无容量队列，put后需要另外一个线程take才会双方解锁
  • LinkedBlockingDeque
    • 这是一个双端队列，也是唯一的双端队列
  • CopyOnWriteArrayList
    • 数组实现的写时复制列表容器
  • CopyOnWriteArraySet
    • 数组实现的写时复制set集合
  • ConcurrentLinkedQueue/Deque
    • 并发的链表队列，是一个单向链表
    • 在该队列中，head/tail总是迟于节点的入队和出队
  • ConcurrentHashMap
    • 非CAS实现的容器，JDK1.7及之前使用多个Segment，以分段锁的形式保证并发
    • JDK1.8之后，去掉了分段，以红黑树的方式代替，锁住的是每个链表的头部
    • 好处是减少hash碰撞中的性能消耗，红黑树比链表性能更高的查询，并发度更高
  • ConcurrentSkipListMap/Set
    • 跳表的map和set，用CAS实现