复习-JavaGuide-并发

并发03

转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide (添加小部分笔记)感谢作者!

线程池 #

  • 为什么要使用线程池

    • 池化技术:线程池数据库连接池Http连接池
    • 池化技术思想意义:为了减少每次获取资源消耗,提高对资源的利用率
    • 线程池提供了限制管理 资源(包括执行一个任务)的方式
    • 每个线程池还维护基本统计信息,例如已完成任务的数量
    • 好处:
      1. 降低资源消耗 重复利用已创建线程降低线程创建销毁造成的消耗
      2. 提高响应速度 任务到达时,任务可以不需等到线程创建就能继续执行
      3. 提高线程的可管理性 线程是稀缺资源,如果无限制创建,不仅消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池统一管理分配调优监控
  • 实现Runnable接口和Callable接口的区别

    //Callable的用法 
    public class TestLy {
    
        //如果加上volatile,就能保证可见性,线程1 才能停止
          boolean stop = false;//对象属性
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
            FutureTask<String> futureTask=new FutureTask<>(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    System.out.println("等3s再把结果给你");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    return "hello world";
                }
            });
            new Thread(futureTask).start();
            String s = futureTask.get();
            System.out.println("3s后获取到了结果"+s);
    
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("abc");
                }
            }).start();
        }
    }
    /*
    等3s再把结果给你
    3s后获取到了结果hello world
    abc
    */
    
    • Runnable接口不会返回结果或抛出检查异常,Callable接口可以

      ...

锁升级

以下内容均转自 https://www.cnblogs.com/wuqinglong/p/9945618.html,部分疑惑参考自另一作者 https://github.com/farmerjohngit/myblog/issues/12 ,感谢原作者。

目前还是存有部分疑虑(轻量级锁那块),可能需要详细看源码才能释疑】

概述 #

传统的synchronized为重量级锁(使用操作系统互斥量(mutex)来实现的传统锁),但是随着JavaSE1.6对synchronized优化后,部分情况下他就没有那么重了。本文介绍了JavaSE1.6为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁轻量级锁,以及锁结构、及锁升级过程

实现同步的基础 #

Java中每个对象都可以作为锁,具体变现形式

  1. 对于普通同步方法,锁是当前实例对象
  2. 对于静态同步方法,锁是当前类的Class对象
  3. 对于同步方法块,锁是synchronized括号里配置的对象

一个线程试图访问同步代码块时,必须获取锁;在退出或者抛出异常时,必须释放锁

实现方式 #

JVM 基于进入和退出 Monitor 对象来实现方法同步代码块同步,但是两者的实现细节不一样

  1. 代码块同步:通过使用 monitorentermonitorexit 指令实现的
  2. 同步方法:ACC_SYNCHRONIZED 修饰

monitorenter 指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置,而 monitorexit 指令是在编译后插入到同步代码块的结束处或异常处

对于同步方法,进入方法前添加一个 monitorenter 指令,退出方法后添加一个 monitorexit 指令。

demo:

public class Demo {

    public void f1() {
        synchronized (Demo.class) {
            System.out.println("Hello World.");
        }
    }

    public synchronized void f2() {
        System.out.println("Hello World.");
    }

}

编译之后的字节码(使用 javap )

public void f1();
  descriptor: ()V
  flags: ACC_PUBLIC
  Code:
    stack=2, locals=3, args_size=1
       0: ldc           #2                  // class me/snail/base/Demo
       2: dup
       3: astore_1
       4: monitorenter
       5: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       8: ldc           #4                  // String Hello World.
      10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      13: aload_1
      14: monitorexit
      15: goto          23
      18: astore_2
      19: aload_1
      20: monitorexit
      21: aload_2
      22: athrow
      23: return
    Exception table:
       from    to  target type
           5    15    18   any
          18    21    18   any
    LineNumberTable:
      line 6: 0
      line 7: 5
      line 8: 13
      line 9: 23
    StackMapTable: number_of_entries = 2
      frame_type = 255 /* full_frame */
        offset_delta = 18
        locals = [ class me/snail/base/Demo, class java/lang/Object ]
        stack = [ class java/lang/Throwable ]
      frame_type = 250 /* chop */
        offset_delta = 4

public synchronized void f2();
  descriptor: ()V
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SYNCHRONIZED
  Code:
    stack=2, locals=1, args_size=1
       0: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #4                  // String Hello World.
       5: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return
    LineNumberTable:
      line 12: 0
      line 13: 8

先说 f1() 方法,发现其中一个 monitorenter 对应了两个 monitorexit,这是不对的。但是仔细看 #15: goto 语句,直接跳转到了 #23: return 处,再看 #22: athrow 语句发现,原来第二个 monitorexit保证同步代码块抛出异常时锁能得到正确的释放而存在的,这就理解了。

...

(该文弃用)锁升级

本文主要讲解synchronized原理和偏向锁、轻量级锁、重量级锁的升级过程,基本都转自

https://blog.csdn.net/MariaOzawa/article/details/107665689 原作者: MariaOzawa

简介 #

  • 为什么需要锁
    并发编程中,多个线程访问同一共享资源时,必须考虑如何维护数据的原子性
  • 历史
    • JDK1.5之前,Java依靠Synchronized关键字实现锁功能,Synchronized是Jvm实现的内置锁,锁的获取与释放由JVM隐式实现
    • JDK1.5,并发包新增Lock接口实现锁功能,提供同步功能,使用时显式获取和释放锁
  • 区别
    • Lock同步锁基于Java实现,Synchronized基于底层操作系统的MutexLock实现 /ˈmjuːtɛks/ ,每次获取和释放锁都会带来用户态和内核态的切换,从而增加系统性能开销,性能糟糕,又称重量级锁
    • JDK1.6之后,对Synchronized同步锁做了充分优化

Synchronized同步锁实现原理 #

  • Synchronized实现同步锁的两种方式:修饰方法;修饰方法块

      // 关键字在实例方法上,锁为当前实例
      public synchronized void method1() {
          // code
      }
    
      // 关键字在代码块上,锁为括号里面的对象
      public void method2() {
          Object o = new Object();
          synchronized (o) {
              // code
          }
      }
    

    这里使用编译–及javap 打印字节文件

    javac -encoding UTF-8 SyncTest.java  //先运行编译class文件命令
    
    javap -v SyncTest.class //再通过javap打印出字节文件
    

    结果如下,Synchronized修饰代码块时,由monitorenter和monitorexist指令实现同步。进入monitorenter指令后线程持有Monitor对象;退出monitorenter指令后,线程释放该Monitor对象

      public void method2();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=2, locals=4, args_size=1
             0: new           #2                  
             3: dup
             4: invokespecial #1                  
             7: astore_1
             8: aload_1
             9: dup
            10: astore_2
            11: monitorenter //monitorenter 指令
            12: aload_2
            13: monitorexit  //monitorexit  指令
            14: goto          22
            17: astore_3
            18: aload_2
            19: monitorexit
            20: aload_3
            21: athrow
            22: return
          Exception table:
             from    to  target type
                12    14    17   any
                17    20    17   any
          LineNumberTable:
            line 18: 0
            line 19: 8
            line 21: 12
            line 22: 22
          StackMapTable: number_of_entries = 2
            frame_type = 255 /* full_frame */
              offset_delta = 17
              locals = [ class com/demo/io/SyncTest, class java/lang/Object, class java/lang/Object ]
              stack = [ class java/lang/Throwable ]
            frame_type = 250 /* chop */
              offset_delta = 4
    

    如果Synchronized修饰同步方法,代替monitorenter和monitorexit的是 ACC_SYNCHRONIZED标志,即:JVM使用该访问标志区分方法是否为同步方法。方法调用时,调用指令检查是否设置ACC_SYNCHRONIZED标志,如有,则执行线程先持有该Monitor对象,再执行该方法;运行期间其他线程无法获取到该Monitor对象;方法执行完成后,释放该Monitor对象 javap -v xx.class 字节文件查看

    ...

(该文弃用)锁升级

简介 #

无锁 => 偏向锁 => 轻量锁 => 重量锁

复习Class类锁和实例对象锁,说明Class类锁和实例对象锁不是同一把锁,互相不影响

public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        Object object=new Object();
        new Thread(()->{
           synchronized (Customer.class){
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"Object.class类锁");
               try {
                   TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"结束并释放锁");
        },"线程1").start();
        //保证线程1已经获得类锁
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new Thread(()->{
            synchronized (object){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获得object实例对象锁");
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"结束并释放锁");
        },"线程2").start();

    }

/* 输出
线程1Object.class类锁
线程2获得object实例对象锁
线程2结束并释放锁
线程1结束并释放锁
*/

总结图 , 00 , 01 , 10 ,没有11

...

对象内存布局和对象头

对象布局 #

  • heapwhere): new (eden ,s0 ,s1) ,old, metaspace

  • 对象的构成元素(what) HotSpot虚拟机里,对象在堆内存中的存储布局分为三个部分 ly-20241212141948626

    • 对象头(Header)
      • 对象标记 MarkWord
      • 类元信息(类型指针 Class Pointer,指向方法区的地址)
      • 对象头多大 length(数组才有)
    • 实例数据(Instance Data)
    • 对其填充(Padding,保证整个对象大小,是8个字节的倍数)

对象头 #

  • 对象标记

    1. Object o= new Object(); //new一个对象,占内存多少
    2. o.hashCode() //hashCode存在对象哪个地方
    3. synchronized(o){ } //对象被锁了多少次(可重入锁)
    4. System.gc(); //躲过了几次gc(次数)

    上面这些,哈希码gc标记gc次数同步锁标记偏向锁持有者,都保存在对象标记里面 ly-20241212141948895

    1. 如果在64位系统中,对象头中,**mark word(对象标记)**占用8个字节(64位);**class pointer(类元信息)**占用8个字节,总共16字节(忽略压缩指针)
    2. 无锁的时候, ly-20241212141949076
  • 类型指针 注意下图,指向方法区中(模板)的地址 ly-20241212141949249

实例数据和对齐填充 #

  • 实例数据

  • 用来存放类的属性(Filed)数据信息,包括父类的属性信息

  • 对齐填充

  • 填充到长度为8字节,因为虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍(对齐填充不一定存在)

  • 示例

    class Customer{
        int id;//4字节
        boolean flag=false; //1字节
    }
    //Customer customer=new Customer();
    //该对象大小:对象头(对象标记8+类型指针8)+实例数据(4+1)=21字节 ===> 为了对齐填充,则为24字节
    

源码查看 #

ly-20241212141949397

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并发02

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JMM(JavaMemoryModel) #

详见-知识点 Java内存模型

volatile关键字 #

  • 保证变量可见性

    • 使用volatile关键字保证变量可见性,如果将变量声明为volatile则指示JVM该变量是共享且不稳定的,每次使用它都到主存中读取
      ly-20241212141935463

      volatile关键字并非Java语言特有,在C语言里也有,它最原始的意义就是禁用CPU缓存

    • volatile关键字只能保证数据可见性不能保证数据原子性synchronized关键字两者都能保证

    • 不可见的例子

      package com.concurrent; 
      import java.util.concurrent.TimeUnit;
      
      public class TestLy {
      
          //如果加上volatile,就能保证可见性,线程1 才能停止
            boolean stop = false;//对象属性
      
          public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
             TestLy atomicTest = new TestLy();
              new Thread(() -> {
                  while (!atomicTest.stop) {
                      //这里不能加System.out.println ,因为这个方法内部用了synchronized修饰,会导致获取主内存的值,
                      //就没法展示效果了
                      /*System.out.println("1还没有停止");*/
                  }
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"停止了");
              },"线程1").start();
      
              new Thread(() -> {
                  try {
                      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
                  atomicTest.stop= true;
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"让线程1停止");
              },"线程2").start();
              while (true){}
          }
      
      
      }
      
  • 如何禁止指令重排 使用volatile关键字,除了可以保证变量的可见性,还能防止JVM指令重排。当我们对这个变量进行读写操作的时候,-会通过插入特定的内存屏障来禁止指令重排

    ...

并发01

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  • 什么是进程和线程

    • 进程:是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位 系统运行一个程序,即一个进程从创建、运行到消亡的过程

      • 启动main函数则启动了一个JVM进程,main函数所在线程为进程中的一个线程,也称主线程

      • 以下为一个个的进程
        ly-20241212141934200

        • 查看java进程

          jps -l
          32 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
          10084
          16244 com.Test
          17400 sun.tools.jps.Jps
          
        • 杀死进程

           taskkill /f /pid 16244
          
    • 何为线程

      • 线程,比进程更小的执行单位

      • 同类的多个线程共享进程堆和方法区资源,但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈,又被称为轻量级进程

      • Java天生就是多线程程序,如:

        public class MultiThread {
        	public static void main(String[] args) {
        		// 获取 Java 线程管理 MXBean
        	ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        		// 不需要获取同步的 monitor 和 synchronizer 信息,仅获取线程和线程堆栈信息
        		ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
        		// 遍历线程信息,仅打印线程 ID 和线程名称信息
        		for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
        			System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + threadInfo.getThreadName());
        		}
        	}
        }
        //输出
        [5] Attach Listener //添加事件
        [4] Signal Dispatcher // 分发处理给 JVM 信号的线程
        [3] Finalizer //调用对象 finalize 方法的线程
        [2] Reference Handler //清除 reference 线程
        [1] main //main 线程,程序入口
        

        也就是说,一个Java程序的运行,是main线程和多个其他线程同时运行

        ...