Java多线程基础知识-3

ReentrantLock：

condition.await()方法之前必须调用lock.lock()代码获取同步监视器。
类比：
- Object类中的wait()相当于Condition类中的await()
- Object类中wait(long timeout)相当于Condition类中await(long time, TimeUnit unit)方法
- Object类中notify()相当于Condition类中的signal()
- Object类中notifyAll()相当于Condition类中的signalAll()
使用多个Condition实现通知部分线程，注意signalAll()会通知使用condition的所有方法，如果这种场景是错误的，请多申请几个lock.newCondition()
condition本质是不同的等待队列。

ReadWriteLock：

读读共享、写写互斥、读写互斥、写读互斥

JUC中常见类：

LongAdder：

LongAdder是JDK1.8新增的一个原子性操作类；
内部维护base变量+Cells数组 --> 减小争夺共享资源的并发量；
惰性加载：一开始没有空间时，所有的更新都是操作base变量，在需要时候再创建Cells --> 减小内存空间的使用；
伪共享：Cells的原子性数组元素彼此相邻存放共享缓存行-->提高性能。

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No1LongAdder

CountdownLatch（门闩，闭锁）：

它可以使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行；
内部继承AQS类实现的；
原理：它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。

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No2CountDownLatch

CyclicBarrier（循环栅栏）：

它可以让一组线程到达一个屏障点的时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障点才开启，继续往下执行。
原理：CyclicBarrier内部定义了一个Lock对象，每当一个线程调用await方法时，将拦截的线程数减1，然后判断剩余拦截数是否为初始值parties，如果不是，进入Lock对象的条件队列等待。反之（是），执行barrierAction对象的Runnable方法，然后将锁的条件队列中的所有线程放入锁等待队列中，这些线程会依次的获取锁、释放锁。
使用场景：领导开会、并发执行；
使用场景举例：一个复杂的操作，包括数据库操作、网络操作、文件操作，必须等到三个线程同时结束才能继续进行。

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No3CyclicBarrier

Phaser （移相器）：

它把多个线程协作执行的任务划分为多个阶段，编程时需要明确各个阶段的任务，每个阶段都可以有任意个参与者，线程都可以随时注册并参与到某个阶段。

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No4Phaser

Semaphore （信号量）：

用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。
Semaphore是基于AQS接口实现的信号量模型。
原理：AQS提供了一个基于FIFO队列，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架，它利用了一个int来表示状态，通过类似acquire和release的方式来操纵状态。
场景：限流、车道与收费站

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No5Semaphore

Exchanger（交换器）：

用于两个工作线程之间交换数据

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No6Exchanger

LockSupport（锁支持）：

线程阻塞工具类
park不需要获取某个对象的锁
可以先调用unpark，然后调用park，结果是park不起作用，即可以说明park和unpark的使用不会出现死锁的情况
中断的时候park不会抛出InterruptedException异常，所以需要在park之后自行判断中断状态，然后做额外的处理

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no5juccommonclass.No7LockSupport

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）：

简介（AbstractQueuedSynchronizer）：

AQS是抽象的队列式同步和锁实现框架。它是除了java自带的synchronized关键字之外的锁机制。例如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、FutureTask等都是基于AQS实现的。

原理（重要）：

如果被请求的共享资源空闲时，将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并将共享资源设置为锁定状态，如果被请求的共享资源被占用时，则需要一套“线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配”的机制，AQS是用CLH队列锁实现该机制，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

简单说：AQS就是基于CLH队列，用volatile修饰资源计数器state，线程通过CAS机制去改变状态符waitStatus，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒。

State（资源计数器）在不同类中的作用:

ReentrantLock中实现锁的可重入、Semaphore中控制同时访问特定资源的线程数量、CountDownLatch中实现需要等待线程的数量。

CLH队列（自旋锁、同步队列）：

是一个FIFO的双向队列，AQS依赖它来完成同步状态的管理，CLH队列包含多个Node（AQS内部类）对象，每个节点（Node）表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next）、（条件队列中的后继节点）nextWaiter。

AQS图：

ConditionObject：

实现了基于Lock锁下的线程通信机制，主要方法包括await()、signal()、signalAll()

使用：

AQS使用了模板方法的设计模式，如果自定义同步器，只需继承AQS并重写指定方法（只要重写“获取”和“释放”共享资源的方法），而具体线程等待队列的维护，AQS在顶层已经实现好了。

需要重写几种方法：

isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源（只有用到condition需实现）。
tryAcquire(int)：独占方式，尝试获取资源。成功true，失败false。
tryRelease(int)：独占方式，尝试释放资源。成功true，失败false。
tryAcquireShared(int)：共享方式，尝试获取资源。负数失败；0成功，但没有剩余可用资源；正数成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)：共享方式，尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待的结点返回true，否则返回false。

常用的方法：

acquire(int)：独占模式的获取，忽略中断。
acquireInterruptibly(int)：独占模式的获取，可中断
tryAcquireNanos(int, long)：独占模式的获取，可中断，并且有超时时间。
release(int)：独占模式的释放。
acquireShared(int)：共享模式的获取，忽略中断。
acquireSharedInterruptibly(int)：共享模式的获取，可中断。
tryAcquireSharedNanos(int, long)：共享模式的获取，可中断，并且有超时时间。
releaseShared(int)：共享模式的释放。

举例（ReentrantLock）：

ReentrantLock（可重入独占式锁）：state初始化值为0，表示未锁定状态，A线程调用lock()时，会调用tryAcquire()独占锁并将state+1。之后其它线程再想调用tryAcquire()时就会失败，直到A线程调用unlock()使state=0为止，其它线程才有机会获取该锁。A释放锁之前，自己也是可以重复获取此锁，即state的值累加，这就是可重入的概念。

Tips：获取多少次锁就要释放多少次锁，保证state是能回到零态的。

资源共享方式：独占和共享

独占锁模式：每次只能有一个线程持有锁，ReentrantLock就是以独占方式实现的互斥锁。

共享锁模式：允许多个线程同时获取锁，并发访问共享资源，比如ReentrantReadWriteLock

ThreadLocal：

作用：

提供线程内的局部变量，在多线程下访问时，保证各个线程里变量的独立性（独立的副本、线程私有的实例变量）；它对外提供initialValue()、set(T value) 、T get()和remove() 四个方法，其中get、set、remove等方法都可以有清除key为null的Entry(cleanSomeSlots(int i, int n))，可以防止内存泄漏。

见com.hanxiaozhang.threadbase1ndedition.no6threadlocal.No1ThreadLocal

原理（Hash底层用的数组，不是散列表）：

ThreadLocal定义一个了ThreadLocalMap（静态内部类）的哈希映射（数据结构），用于维护线程本地的变量值；ThreadLocalMap主要由一个Entry类型的数组组成，Entry的key为ThreadLocal本身，value为ThreadLocal对应的值，通过key.threadLocalHashCode & (table.length – 1)确定数组索引位置，如果该位置的key不对，再通过nextIndex()计算下一个索引位置，直到找到目标位置或为空的位置为止；它通过线性探查开放定址法减少hash冲突。每个线程都有一个ThreadLocalMap类型的threadLocals变量。

场景：

在线程间隔离而在方法或类间共享的场景，多并发下存储用的登录信息，多数据源切换中当前数据源局部变量等（自己写过）。

ThreadLocal碰撞解决与神奇的 0x61c88647：

ThreadLocalMap使用基于线性探查（源码nextIndex()与prevIndex()）开放寻址法（源码set(ThreadLocal key, Object value)中）的哈希表，这种方法可以减少碰撞；
每次创建ThreadLocal实例时，哈希值都会累加 0x61c88647，目的是让哈希值能均匀的分布在2的N次方的数组里，减少碰撞；
Tips：取模方法（key.threadLocalHashCode & (table.length - 1)）同HashMap。

ThreadLocal引发的内存泄露：

源码：static class ThreadLocalMap中的Entry

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为Entry的key，如果ThreadLocal没有外部强引用，下一次系统GC时，ThreadLocal必然会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry。如果当前线程一直运行，并且一直不执行get、set、remove等方法（它们有清除key为null的Entry的功能），存在Thread Ref -> Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> value的强引用，导致这些key为null的Entry的value永远无法回收，造成内存泄漏。