如何理解应用Java多线程与并发编程
要理解并发的含义,首先要知道并发产生的原因。当多个CPU处理器同时执行一条写操作指令时,就会因为CPU在执行过程中会存在穿插执行的可能,从而造成数据紊乱(如果只有读操作,是没有并发问题的)。为了解决穿插执行的问题,CPU就提供了机制来解决并发问题。
只有CPU提供了原子性指令,上层应用才能够根据这些指令来设计出指令段与指令段之间的原子性操作。这是一种自底向上的设计,没有CPU最底层的支持,上层应用根本就无法解决并发问题。应用程序使用自身语言提供的并发操作函数库,比如java的juc包,而这些函数库又会封装OS的系统调用或者使用glibc库,OS的系统调用最终会使用CPU提供的原子性指令。
可以看看下面这两篇文章,讲解了CPU是如何支持并发的,上层语言的并发函数库是对底层的封装:
并发原理—CPU原子性指令(一)
并发原理—如何保证多条指令的原子性(二)
Java并发线程如何阻塞和>叫醒/h2>
1. sleep() 方法:以毫秒为单位,使线程处于阻塞状态,时间到了过后,自动唤醒。
2.suspend() 和 resume() 方法:挂起和唤醒线程,suspend e()使线程进入阻塞状态,只有对应的resume e()被调用的时候,线程才会进入可执行状态。这个不建议使用,容易发生死锁情况。
3. yield() 方法:调用 yield()的效果等价于调度程序认为该线程已执行了足够的时间从而转到另一个线程
这里就说这三种吧,其它的你可以去csdn上门看看,学习一下
Java并发线程的阻塞和唤醒可分几类:
1. synchronize
基于JVM的对象头来实现,多线程争抢同一个临界资源时根据不同的锁机制(自旋锁、轻/重量级锁)来进行阻塞和唤醒。
2. notify/wait,yeild等基础机制
这里暂时略过,大致实现原理是基于对象的同步队列和后面的AQS很像。
3. 并发组件的基础AQS
重点说下AQS(AbstractQueuedSynchronizer),
因为这是jdk并发包实现的基础(如Lock、BlockingQueue、CountdownLatch等)。
Aqs基本由一个volatile变量state和一个等待队列来实现,抢锁时先CAS修改state,失败以后就放到等待队列里,并通过LockSupport将线程挂起。
当锁的拥有者释放锁时会通过LockSupport唤醒等待队列的后续节点,让它再次去尝试抢锁(CAS修改state),如此反复。
掌握AQS的原理对理解jdk里很多并发组件非常有帮助。
Java如何使用代码模拟高并发>操纵/h2>
Java通过代码模拟高并发可以以最快的方式发现我们系统中潜在的线程安全性问题,此处使用Semaphore(信号量)和 CountDownLatch(闭锁)搭配ExecutorService(线程池)来进行模拟,主要介绍如下:
1、Semaphore
JDK 1.5之后会提供这个类
Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值,基于此,多个线程竞争获取许可信号,做完自己的申请后归还,超过阈值后,线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池,资源池之类的,比如数据库连接池,我们也可以创建计数为1的Semaphore,将其作为一种类似互斥锁的机制,这也叫二元信号量,表示两种互斥状态。
2、CountDownLatch
JDK 1.5之后会提供这个类,
CountDownLatch这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如,应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。
CountDownLatch是通过一个计数器来实现的,计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后,计数器的值就会减1。当计数器值到达0时,它表示所有的线程已经完成了任务,然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。
如下图:
以上两个类可以搭配使用,达到模拟高并发的效果,以下使用代码的形式进行举例:
如上方法模拟5000次请求,同时最大200个并发操作,观察最后的结果,发现每次的结果都有差别,和预期不符,得出结果部分如下:
最后结论:add 方法 非线程安全
那如何保证add方法 线程安全,将add方法进行如下修改即可:
执行结果如下:
最后结论:修改后 的 add 方法 线程安全