[Java]JUC并发编程

JUC并发编程

一、什么是JUC

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使用到 java.util 工具包、包、分类

二、线程和进程

进程：一个正在运行的程序，QQ.exe Music.exe 程序的集合；

一个进程往往可以包含多个线程，至少包含一个！

Java默认有两个线程：main、GC

对于Java而言：Thread、Runnable、Callable

并发编程的本质：充分利用CPU的资源

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wait与sleep区别

wait是Object类，sleep是Thread类
wait会释放锁，sleep不会释放锁
wait必须用在同步代码块中，sleep可以用在任何地方
wait不需要捕获异常，sleep必须要捕获异常

三、Lock锁（重点）

传统Synchronized

public class SaleTicketDemo01 {public static void main(String[] args) {Ticket ticket = new Ticket();new Thread(() -> {ticket.sale();}, "张三").start();new Thread(() -> {ticket.sale();}, "李四").start();new Thread(() -> {ticket.sale();}, "王五").start();}
}class Ticket {private int number = 30;public synchronized void sale() {while (true) {if (number > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了1张票，剩余：" + (--number));}}}
}

Lock接口

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公平锁：十分公平：可以先来后到

非公平锁：十分不公平：可以插队（默认）

public class SaleTicketDemo02 {public static void main(String[] args) {Ticket1 ticket = new Ticket1();new Thread(() -> {ticket.sale();}, "张三").start();new Thread(() -> {ticket.sale();}, "李四").start();new Thread(() -> {ticket.sale();}, "王五").start();}
}class Ticket1 {private int number = 30;Lock lock = new ReentrantLock();public synchronized void sale() {lock.lock();//加锁try {//业务代码while (true) {if (number > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了1张票，剩余：" + (--number));}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();//解锁}}
}

Synchronized和Lock区别

Synchronized是内置的Java关键字；Lock是一个Java类
Synchronized无法判断获取锁的状态；Lock可以判断是否获取到了锁
Synchronized会自动释放锁；Lock必须要手动释放锁，如果不释放锁，死锁
Synchronized如果线程1获得锁，线程2只会等待；Lock锁就不一定会等下去
Synchronized是可重入锁，不可以中断，非公平；Lock是可重入锁，可以判断锁，非公平（可以自己设置）

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Synchronized适合锁少量的代码同步问题，Lock适合锁大量的同步代码

四、生产者和消费者问题

面试：单例模式、排序算法、生产者和消费者、死锁

生产者和消费者问题Syschronized版

/*** 线程之间的通信问题：生成者和消费者问题* 等待唤醒，通知唤醒* 线程交通执行 A和B操作同一个变量num*/
public class A {public static void main(String[] args) {Data data = new Data();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.increase();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.decrease();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "B").start();}
}//判断等待、业务、通知
class Data {private int num = 0;public synchronized void increase() throws InterruptedException {if (num != 0) {//等待，会自动释放锁this.wait();}num++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);//通知其他线程this.notifyAll();}public synchronized void decrease() throws InterruptedException {if (num == 0) {this.wait();}num--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);this.notifyAll();}
}

存在问题：外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

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解决方法：if改为while判断

JUC版的生产者和消费者问题
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代码实现：

public class B {public static void main(String[] args) {Data1 data = new Data1();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.increase();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.decrease();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "B").start();}
}//判断等待、业务、通知
class Data1 {private int num = 0;Lock lock = new ReentrantLock();Condition condition = lock.newCondition();public void increase() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (num != 0) {//等待condition.await();}num++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);//通知其他线程condition.signal();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {lock.unlock();}}public void decrease() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (num == 0) {condition.await();}num--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);condition.signal();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {lock.unlock();}}
}

Condition精准的通知和唤醒线程

/*** A执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A*/
public class C {public static void main(String[] args) {Data2 data = new Data2();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.A();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "A").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.B();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "B").start();new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {data.C();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}, "C").start();}
}//判断等待、业务、通知
class Data2 {private int num = 1;private Lock lock = new ReentrantLock();private Condition condition1 = lock.newCondition();private Condition condition2 = lock.newCondition();private Condition condition3 = lock.newCondition();public void A() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (num != 1) {//等待condition1.await();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);num++;//通知其他线程condition2.signal();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {lock.unlock();}}public void B() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (num != 2) {condition2.await();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);num++;condition3.signal();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {lock.unlock();}}public void C() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (num != 3) {condition3.await();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + num);num = 1;condition1.signal();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {lock.unlock();}}
}

五、八锁现象

哪八种锁？
1、一个对象，俩个同步方法

2、一个对象，俩个同步方法，一个方法延迟

3、两个对象，两个同步方法

4、一个对象，一个同步，一个普通方法

5、一个对象，俩个静态同步方法

6、两个对象，俩个静态同步方法

7、一个对象，一个静态的同步方法，一个同步方法

8、两个对象，一个静态的同步方法，一个同步方法

import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 八锁，就是关于锁的八个问题* 1、标准情况下，两个线程先执行发短信，再打电话*/
public class Test1 {public static void main(String[] args) {Phone phone = new Phone();// 线程A发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B打电话new Thread(()->{phone.call();},"B").start();}
}
class Phone{// 发短信public synchronized void sendSms(){System.out.println("发短信");}// 打电话public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 八锁，就是关于锁的八个问题* 2、sendSms方法延时4秒，仍然是先执行发短信，再打电话*/
public class Test1 {public static void main(String[] args) {Phone phone = new Phone();// 线程A发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B打电话new Thread(()->{phone.call();},"B").start();}
}
class Phone{// 发短信public synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/**
也可以使用Phone phone = new Phone();Phone phone2 = new Phone();phone在线程A中调用发短信，phone2在线程B中调用打电话，这里锁的是两个不同的调用者，所以他们是两把锁，所以互不影响，因为发短信中有4秒的线程休眠，故而一定是打电话被先调用*/
public class Test2 {public static void main(String[] args) {Phone2 phone = new Phone2();Phone2 phone1 = new Phone2();/*** 被synchronized 修饰的方式和普通方法 先执行sendSms() 还是 hello()* 答案： hello()*  解释：新增加的这个方法没有 synchronized 修饰，不是同步方法，不受锁的影响！*/// 线程A调用phone发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B使用phone1调用打电话new Thread(()->{phone1.call();},"B").start();}
}class Phone2{// 发短信public synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 被synchronized 修饰的方法和普通方法 先执行sendSms() 还是 hello()* 答案： hello()*  解释：新增加的这个方法没有 synchronized 修饰，不是同步方法，不受锁的影响！*/
public class Test2 {public static void main(String[] args) {Phone2 phone = new Phone2();// 线程A发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B调用未被synchronized修饰的方法hello()new Thread(()->{phone.hello();},"B").start();}
}class Phone2{// 发短信public synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}// say hello 没有被锁 也就是说不是同步方法、不受锁的影响，线程会直接把它来执行public void hello(){System.out.println("hello");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 将两个同步方法设置为静态*/
public class Test3 {public static void main(String[] args) {// 线程A发短信new Thread(()->{Phone3.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B打电话new Thread(()->{Phone3.call();},"B").start();}
}class Phone3{/*** 在此处我们将 两个同步方法均设为静态方法,此两个方法在类加载是被加载* 所以,在此2个同步方法加载时,它们被全局唯一的Phone3.class对象加载,因为此Phone3.class全局唯一,故而他们被同一个对象加载* 所以此时仍然是发短信先输出*/// 发短信public static synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public static synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/***/
public class Test3 {public static void main(String[] args) {// 因为sendSms和call方法均是静态方法,故而Phone3.sendSms()和new Phone3().sendSms()没有区别Phone3 phone = new Phone3();Phone3 phone1 = new Phone3();// 线程A发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B打电话new Thread(()->{phone1.call();},"B").start();}
}class Phone3{// 发短信public static synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public static synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/***/
public class Test3 {public static void main(String[] args) {// 因为sendSms和call方法均是静态方法,故而Phone3.sendSms()和new Phone3().sendSms()没有区别Phone3 phone = new Phone3();// 线程A发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B打电话new Thread(()->{phone.call();},"B").start();}
}class Phone3{// 发短信public static synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;/***/
public class Test3 {public static void main(String[] args) {// 因为sendSms和call方法均是静态方法,故而Phone3.sendSms()和new Phone3().sendSms()没有区别Phone3 phone = new Phone3();Phone3 phone1 = new Phone3();// 线程A发短信new Thread(()->{phone.sendSms();},"A").start();// 休息一秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 线程B打电话new Thread(()->{phone1.call();},"B").start();}
}class Phone3{// 发短信public static synchronized void sendSms(){// 休息四秒try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("发短信");}// 打电话public synchronized void call(){System.out.println("打电话");}
}

总结

new对象时，this调用的是这个对象，是一个具体的对象
static，class是唯一的一个模板，即Class对象
synchronized锁的对象是方法的调用者
- 普通同步方法的调用者是类的实例（new 出来的对象）
- 静态同步方法的调用者是类的对象（类名.class 对象）

六、集合类不安全

List不安全

public class List {public static void main(String[] args) {/*** 并发下ArrayList是不安全的，没有Synchronized* ArrayList<String> list = new ArrayList<>();* 解决方法：* 1.List<String> list = new Vector<>();* Vector底层有Synchronized* 2.java.util.List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());* 3.CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();*/CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();for (int i = 1; i <= 10; i++) {new Thread(() -> {list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));System.out.println(list);},String.valueOf(i)).start();}}
}

CopyOnWriteArrayList 数据结构和 ArrayList 是一致的，底层是个数组，只不过CopyOnWriteArrayList 在对数组进行操作的时候，基本会分四步走：

加锁；
从原数组中拷贝出新数组；
在新数组上进行操作，并把新数组赋值给数组容器；
解锁

除了加锁之外，CopyOnWriteArrayList 的底层数组还被 volatile 关键字修饰，意思是一旦数组被修改，其它线程立马能够感知到。
整体上来说，CopyOnWriteArrayList 就是利用锁 + 数组拷贝 + volatile 关键字保证了 List 的线程安全。

Set不安全

public class Set {public static void main(String[] args) {/*** 并发下HashSet是不安全的，没有Synchronized* HashSet<String> set = new HashSet<>();* 解决方法：* 1.java.util.Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());* 2.CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();*/CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();for (int i = 1; i <= 30; i++) {new Thread(() -> {set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));System.out.println(set);}).start();}}
}

HashSet底层

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Map不安全

public class Map {public static void main(String[] args) {/*** 并发下HashMap是不安全的，没有Synchronized* HashMap<String, String> map = new HashMap<>();* 解决方法：* 1.java.util.Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());* 2.ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();*/ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();for (int i = 1; i <= 30; i++) {new Thread(() -> {map.put(Thread.currentThread().getName(),UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));System.out.println(map);}).start();}}
}

七、Callable

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Callable可以有返回值，可以抛出异常，call()方法

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public class CallableTest {public static void main(String[] args) throws ExecutionException,InterruptedException {
// new Thread(new Runnable()).start();
// new Thread(new FutureTask<V>()).start();
// new Thread(new FutureTask<V>( Callable )).start();new Thread().start(); // 怎么启动CallableMyThread thread = new MyThread();FutureTask futureTask = new FutureTask(thread); // 适配类new Thread(futureTask, "A").start();new Thread(futureTask, "B").start(); // 结果会被缓存，效率高Integer o = (Integer) futureTask.get(); //这个get 方法可能会产生阻塞！把他放到最后
// 或者使用异步通信来处理！System.out.println(o);}
}class MyThread implements Callable<Integer> {@Overridepublic Integer call() {System.out.println("call()"); // 会打印几个call
// 耗时的操作return 1024;}
}

细节

有缓存
结果可能需要等待，会阻塞！

八、常用的辅助类（必会）

8.1 CountDownLatch

//计数器
public class CountDownLatchDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//总数是6，必须要执行任务的时候再使用CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);for (int i = 1; i <= 6; i++) {new Thread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "Go Out");countDownLatch.countDown();//数量-1}, String.valueOf(i)).start();}countDownLatch.await();//等待计数器归零，然后再向下执行System.out.println("Close");}
}

原理：

countDownLatch.countDown();数量-1

countDownLatch.await();等待计数器归零，然后再向下执行

每次有线程调用countDown()数量-1，假设计数器变为0，countDownLatch.await()就会被唤醒，继续向下执行！

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8.2 CyclicBarrier

public class CyclicBarrierDemo {public static void main(String[] args) {CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> {System.out.println("召唤神龙成功");});for (int i = 1; i <= 7; i++) {int temp = i;new Thread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集第" + temp + "个龙珠");try {cyclicBarrier.await();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (BrokenBarrierException e) {throw new RuntimeException(e);}}).start();}}
}

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8.3 Semaphore

Semaphore:信号量

public class SemaphoreDemo {public static void main(String[] args) {//3个停车位，6辆车Semaphore semaphore = new Semaphore(3);for (int i = 1; i <=6; i++) {new Thread(() -> {try {semaphore.acquire();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到车位...");TimeUnit.SECONDS.sleep(2);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放车位");} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {semaphore.release();}},String.valueOf(i)).start();}}
}

原理：
semaphore.acquire()获得，如果已经满了，等待被释放为止

semaphore.release()释放，会将当前的信号量释放+1，然后唤醒等待的线程

作用：

多个共享资源互斥的使用
并发限流，控制最大的线程数

九、读写锁

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/*** 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有* 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有* ReadWriteLock* 多个线程可以同时读，但只能一个线程写，也不能边写边读*/
public class ReadWriteLockDemo {public static void main(String[] args) {MyCache myCache = new MyCache();for (int i = 1; i <= 5; i++) {int temp = i;new Thread(() -> {myCache.put(temp + "", temp);}, String.valueOf(i)).start();}for (int i = 1; i <= 5; i++) {int temp = i;new Thread(() -> {myCache.get(temp + "");}, String.valueOf(i)).start();}}
}/*** 自定义缓存*/
class MyCache {private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();//读写锁：更加细粒度的控制private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();//之前的加锁方式//private Lock lock = new ReentrantLock();//写入的时候，只希望同时只有一个线程写public void put(String key, Object value) {readWriteLock.writeLock().lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始写入" + key);map.put(key, value);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入成功" + key);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {readWriteLock.writeLock().unlock();}}//读取的时候所有人都可以读public void get(String key) {readWriteLock.readLock().lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始读取" + key);Object o = map.get(key);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取成功" + key);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {readWriteLock.readLock().unlock();}}
}

十、阻塞队列

10.1 概述

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阻塞队列：

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阻塞队列使用场景：

多线程并发处理
线程池

10.2 ArrayBlockingQueue 使用

方式	抛出异常	不抛出异常	阻塞等待	超时等待
添加	add()	offer()	put()	offer(,)
移除	remove()	poll()	take()	poll(,)
检查队首元素	element()	peek()

public class Test {/*** 抛出异常*/public static void test1() {//队列的大小：3ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);//add():在队列添加元素System.out.println(blockingQueue.add("a"));System.out.println(blockingQueue.add("b"));System.out.println(blockingQueue.add("c"));//返回队首元素，若没有队首元素，抛出异常Object element = blockingQueue.element();System.out.println(element);//System.out.println(blockingQueue.add("d")); 抛异常//remove()：移除队首元素System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());//System.out.println(blockingQueue.remove()); 抛异常}/*** 有返回值，但不抛出异常*/public static void test2() {ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.offer("a"));System.out.println(blockingQueue.offer("b"));System.out.println(blockingQueue.offer("c"));//System.out.println(blockingQueue.offer("d")); 输出结果：false//返回队首元素，若没有队首元素，输出nullObject peek = blockingQueue.peek();System.out.println(peek);System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());//System.out.println(blockingQueue.poll()); 输出结果：null}/*** 阻塞等待*/public static void test3() throws InterruptedException {ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);//put()方法没有返回值blockingQueue.put("a");blockingQueue.put("b");blockingQueue.put("c");//blockingQueue.put("d"); 队列没有位置了，线程等待System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());//System.out.println(blockingQueue.take()); 队列为空，取不到元素了，线程等待}/*** 超时等待*/public static void test4() throws InterruptedException {ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.offer("a"));System.out.println(blockingQueue.offer("b"));System.out.println(blockingQueue.offer("c"));//System.out.println(blockingQueue.offer("d", 2, TimeUnit.SECONDS)); //等待超过两秒就退出，并返回falseSystem.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());//System.out.println(blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS));等待超过两秒就退出，并返回false}
}

10.3 SynchronousQueue 同步队列

没有容量，进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素。

/*** 同步队列* 和其他的BlockingQueue不一样，SynchronousQueue不存储元素* put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能put进去值*/
public class SynchronousQueueTest {public static void main(String[] args) {BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队列new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 1");blockingQueue.put("1");System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 2");blockingQueue.put("2");System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "put 3");blockingQueue.put("3");} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}).start();new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "take 1");blockingQueue.take();TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "take 2");blockingQueue.take();TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "take 3");blockingQueue.take();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}).start();}
}

十一、线程池（重点）

池化技术

程序的运行本质：占用系统的资源

池化技术：优化资源的使用。事先准备好一些资源，有需要的时候就拿来用，用完了放回来

线程池的好处：

降低资源的消耗
提高响应的速度
方便管理

线程复用、可以控制最大并发数、管理线程

11.1 三大方法

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//Executors工具类、三大方法
public class ExecutorsTest {public static void main(String[] args) {//单个线程//ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//创建一个固定线程数的线程池//ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);//创建一个线程数目不固定的线程池ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();try {for (int i = 1; i <= 10; i++) {//使用线程池来创建线程threadPool.execute(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   ok");});}} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {//线程池用完，程序结束，关闭线程池threadPool.shutdown();}}
}

11.2 七大参数

源码分析

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手动创建一个线程池

public class ThreadPoolExecutorTest {public static void main(String[] args) {ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2,//核心线程池大小5,//最大核心线程池大小3,//超时了，没有人调用就会释放TimeUnit.SECONDS,//超时单位new LinkedBlockingQueue<>(3),//阻塞队列（等待的最大数量）Executors.defaultThreadFactory(),//线程工厂，创建线程的，一般不用修改new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()//拒绝策略);try {for (int i = 1; i <= 9; i++) {threadPool.execute(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "   ok");});}} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {threadPool.shutdown();}}
}

11.3 四大拒绝策略

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/*** 四大拒绝策略：* new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 银行满了，还有人进来，不处理这个人的，抛出异常* new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 满了，从哪个线程来再回哪个线程，让原线程去处理* new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 队列满了，丢掉任务，不会抛出异常* new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 队列满了，尝试去和最早的竞争，不会抛出异常*/

11.4 CPU密集型与IO密集型

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十二、四大函数式接口（必须掌握）

函数式接口：只有一个方法的接口

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12.1 Function函数型接口

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/*** Function 函数型接口，有一个输入参数，有一个输出* 只要是函数式接口，都可用lambda表达式简化*/
public class FunctionTest {public static void main(String[] args) {/*Function function = new Function<String, String>() {@Overridepublic String apply(String s) {return s;}};*//*Function function = (str) -> {return str;};*/Function function = str -> {return str;};System.out.println(function.apply("abc"));}
}

12.2 Predicate断定型接口

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/*** 断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是布尔值*/
public class PredicateTest {public static void main(String[] args) {/*Predicate<String> predicate = new Predicate<String>() {@Overridepublic boolean test(String s) {return s.isEmpty();}};*/Predicate<String> predicate = s -> {return s.isEmpty();};System.out.println(predicate.test("abc"));}
}

12.3 Consumer消费型接口

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/*** Consumer 消费型接口，只有输入，没有返回值*/
public class ConsumerTest {public static void main(String[] args) {/*Consumer<String> consumer = new Consumer<String>(){@Overridepublic void accept(String str) {System.out.println(str);}};*/Consumer consumer = str -> {System.out.println(str);};consumer.accept("abc");}
}

10.4 Supplier供给型接口

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/*** Supplier 供给型接口，没有参数，只有返回值*/
public class SupplierTest {public static void main(String[] args) {/*Supplier<Integer> supplier = new Supplier<Integer>() {@Overridepublic Integer get() {return 1024;}};*/Supplier<Integer> supplier = () -> {return 1024;};System.out.println(supplier.get());}
}

十三、Stream流式计算

集合、数据库本质就是存储东西的。

计算都应该交给流来操作。

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/*** 题目要求：一分钟内完成此题，只能用一行代码实现！* 现在有5个用户！筛选：* 1、ID 必须是偶数* 2、年龄必须大于23岁* 3、用户名转为大写字母* 4、用户名字母倒着排序* 5、只输出一个用户！*/
public class StreamTest {public static void main(String[] args) {User u1 = new User(1, "a", 21);User u2 = new User(2, "b", 22);User u3 = new User(3, "c", 23);User u4 = new User(4, "d", 24);User u5 = new User(6, "e", 25);List<User> users = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);users.stream().filter(user -> {return user.getId()%2==0;}).filter(user -> {return user.getAge()>23;}).map(user -> {return user.getName().toUpperCase();}).sorted(((o1, o2) -> {return o2.compareTo(o1);})).limit(1).forEach(System.out::println);}
}

十四、ForkJoin

大数据：Map Reduce（把大任务拆分为小任务）

ForkJoin在JDK1.7，并行执行任务，提高效率，大数据量。

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ForkJoin特点：工作窃取

A和B并行执行任务，假设B中的任务执行完了，A中任务还没有执行完，B可以帮助A一起执行剩余的任务。

该图为双端队列，队首和队尾都可以取数据。

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/*** 求和计算的任务*/
public class ForkJoinTest extends RecursiveTask<Long> {private Long start;private Long end;//临界值private Long temp = 10000L;public ForkJoinTest(Long start, Long end) {this.start = start;this.end = end;}@Overrideprotected Long compute() {if ((end - start) < temp) {Long sum = 0L;for (Long i = start; i <= end; i++) {sum += i;}return sum;} else { // forkjoin 递归long middle = (start + end) / 2; // 中间值ForkJoinTest task1 = new ForkJoinTest(start, middle);task1.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列ForkJoinTest task2 = new ForkJoinTest(middle+1, end);task2.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列return task1.join() + task2.join();}}
}

public class Test {public static void main(String[] args) throws Exception {test2();}//普通方法public static void test1() {Long sum = 0L;Long start = System.currentTimeMillis();for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000; i++) {sum += i;}Long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("sum=" + sum + "时间：" + (end - start));}/*** 如何使用 forkjoin* 1.forkjoinPool 通过它来执行* 2.计算任务 forkjoinPool.execute(ForkJoinTask task)* 3.计算类要继承 ForkJoinTask*/public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {long start = System.currentTimeMillis();ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinTest(0L, 10_0000_0000L);ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);//提交任务Long sum = submit.get();long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("sum=" + sum + "时间：" + (end - start));}//Streampublic static void test3() {Long start = System.currentTimeMillis();Long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);Long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("sum=" + sum + "时间：" + (end - start));}
}

十五、JMM

JMM：Java内存模型，是一种约定，实际不存在的东西。

关于JMM的一些同步的约定：

线程解锁前，必须把共享变量立刻刷新回主存。
线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中。
加锁和解锁是同一把锁

8种操作

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内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可再分的

lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是对变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

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十六、Volatile

Volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制

保证可见性
不保证原子性
禁止指令重排

16.1 保证可见性

public class A {// 不加 volatile 程序就会死循环！// 加 volatile 可以保证可见性private volatile static int num = 0;public static void main(String[] args) { // mainnew Thread(() -> { // 线程 1 对主内存的变化不知道的while (num == 0) {}}).start();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}num = 1;System.out.println(num);}
}

16.2不保证原子性

原子性：不可分割

线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败。

public class A {// volatile 不保证原子性private volatile static int num = 0;public static void add() {num++;}public static void main(String[] args) {//理论上num结果应该为 2 万for (int i = 1; i <= 20; i++) {new Thread(() -> {for (int j = 0; j < 1000; j++) {add();}}).start();}while (Thread.activeCount() > 2) { // main gcThread.yield();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);}
}

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如果不加lock或synchronized，怎么保证原子性？

使用原子类，解决原子性问题

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public class A {// volatile 不保证原子性private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();public static void add() {num.getAndIncrement();}public static void main(String[] args) {//理论上num结果应该为 2 万for (int i = 1; i <= 20; i++) {new Thread(() -> {for (int j = 0; j < 1000; j++) {add();}}).start();}while (Thread.activeCount() > 2) { // main gcThread.yield();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);}
}

这些类的底层都直接和操作系统挂钩

在内存中修改值

Unsafe类是一个很特殊的存在

16.3 禁止指令重排

指令重排

什么是指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

源代码–>编译器优化的重排–> 指令并行也可能会重排–> 内存系统也会重排—> 执行

处理器在进行指令重排的时候，考虑：数据之间的依赖性！

int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3
y = x * x; // 4
我们所期望的：1234 但是可能执行的时候回变成 2134 1324

假设下表a b x y 默认都是0

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正常的结果： x = 0；y = 0；但是可能由于指令重排

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指令重排导致的诡异结果： x = 2；y = 1；

内存屏障

volatile有内存屏障，可避免指令重排

内存屏障：

保证特定的操作的执行顺序
可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性volatile实现了可见性）

Volatile是可以保证可见性，不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生。

十七、单例模式

饿汉式

// 饿汉式单例
public class Hungry {// 可能会浪费空间private byte[] data1 = new byte[1024 * 1024];private byte[] data2 = new byte[1024 * 1024];private byte[] data3 = new byte[1024 * 1024];private byte[] data4 = new byte[1024 * 1024];private Hungry() {}private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();public static Hungry getInstance() {return HUNGRY;}
}

DCL 懒汉式

// 懒汉式单例
// 道高一尺，魔高一丈！
public class LazyMan {private static boolean qinjiang = false;private LazyMan() {synchronized (LazyMan.class) {if (qinjiang == false) {qinjiang = true;} else {throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");}}}private volatile static LazyMan lazyMan;// 双重检测锁模式的 懒汉式单例 DCL懒汉式public static LazyMan getInstance() {if (lazyMan == null) {synchronized (LazyMan.class) {if (lazyMan == null) {lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作}}}return lazyMan;}// 反射！public static void main(String[] args) throws Exception {
// LazyMan instance = LazyMan.getInstance();Field qinjiang = LazyMan.class.getDeclaredField("qinjiang");qinjiang.setAccessible(true);Constructor<LazyMan> declaredConstructor =LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();qinjiang.set(instance, false);LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();System.out.println(instance);System.out.println(instance2);}
}
/*** 1. 分配内存空间* 2、执行构造方法，初始化对象* 3、把这个对象指向这个空间* <p>* 123* 132 A* B // 此时lazyMan还没有完成构造*/

静态内部类

// 静态内部类
public class Holder {private Holder(){}public static Holder getInstace(){return InnerClass.HOLDER;}public static class InnerClass{private static final Holder HOLDER = new Holder();}
}

枚举

// enum 是一个什么？ 本身也是一个Class类
public enum EnumSingle {INSTANCE;public EnumSingle getInstance() {return INSTANCE;}
}class Test {public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;Constructor<EnumSingle> declaredConstructor =EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);declaredConstructor.setAccessible(true);EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
// NoSuchMethodException: com.kuang.single.EnumSingle.<init>()System.out.println(instance1);System.out.println(instance2);}
}

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枚举类型的最终反编译源码：

package com.kuang.single;public final class EnumSingle extends Enum {public static EnumSingle[] values() {return (EnumSingle[]) $VALUES.clone();}public static EnumSingle valueOf(String name) {return (EnumSingle) Enum.valueOf(com / kuang / single / EnumSingle, name);}private EnumSingle(String s, int i) {super(s, i);}public EnumSingle getInstance() {return INSTANCE;}public static final EnumSingle INSTANCE;private static final EnumSingle $VALUES[];static {INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);$VALUES = (new EnumSingle[]{INSTANCE});}
}

十八、深入理解CAS

CompareAndSet

public class CASDemo {// CAS compareAndSet : 比较并交换！public static void main(String[] args) {AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
// 期望、更新
// public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
// 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));System.out.println(atomicInteger.get());atomicInteger.getAndIncrement()System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));System.out.println(atomicInteger.get());}
}

Unsafe类

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CAS：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么执行操作，如果不是则一直循环。

缺点：

循环会耗时
一次性只能保证一个共享变量的原子性
ABA问题

ABA问题

public class CASDemo {// CAS compareAndSet : 比较并交换！public static void main(String[] args) {AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
// 期望、更新
// public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
// 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！
// ============== 捣乱的线程 ==================System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));System.out.println(atomicInteger.get());System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));System.out.println(atomicInteger.get());
// ============== 期望的线程 ==================System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666));System.out.println(atomicInteger.get());}
}

十九、各种锁的理解

19.1 公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能插队，必须先来后到

非公平锁：非常不公平，可以插队（默认都是非公平）

public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync();
}public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

19.2 可重入锁

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Synchronized

public class demo1 {public static void main(String[] args) {Phone phone = new Phone();new Thread(()->{phone.sms();},"A").start();new Thread(()->{phone.sms();},"B").start();}
}
class Phone{public synchronized void sms(){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");call(); // 这里也有锁}public synchronized void call(){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");}
}

Lock

public class demo2 {public static void main(String[] args) {Phone2 phone = new Phone2();new Thread(()->{phone.sms();},"A").start();new Thread(()->{phone.sms();},"B").start();}
}
class Phone2{Lock lock = new ReentrantLock();public void sms(){lock.lock(); // 细节问题：lock.lock(); lock.unlock(); // lock 锁必须配对，否则就会死在里面lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sms");call(); // 这里也有锁} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();lock.unlock();}}public void call(){lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "call");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}
}

19.3 自旋锁

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/*** 自旋锁*/
public class SpinlockDemo {// int 0
// Thread nullAtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();// 加锁public void myLock() {Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock");
// 自旋锁while (!atomicReference.compareAndSet(null, thread)) {}}// 解锁
// 加锁public void myUnLock() {Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock");atomicReference.compareAndSet(thread, null);}
}

public class TestSpinLock {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
// reentrantLock.lock();
// reentrantLock.unlock();
// 底层使用的自旋锁CASSpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();new Thread(() -> {lock.myLock();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(5);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.myUnLock();}}, "T1").start();TimeUnit.SECONDS.sleep(1);new Thread(() -> {lock.myLock();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.myUnLock();}}, "T2").start();}
}

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19.4 死锁

多个线程都占用了对方的资源，都不肯相让，导致了死锁，在编程中一定要避免死锁的发生。

public class DeadLock_ {public static void main(String[] args) {//模拟死锁现象DeadLockDemo A = new DeadLockDemo(true);A.setName("A线程");DeadLockDemo B = new DeadLockDemo(false);B.setName("B线程");A.start();B.start();}
}//线程
class DeadLockDemo extends Thread {static Object o1 = new Object();// 保证多线程，共享一个对象,这里使用staticstatic Object o2 = new Object();boolean flag;public DeadLockDemo(boolean flag) {//构造器this.flag = flag;}@Overridepublic void run() {//下面业务逻辑的分析//1. 如果flag 为 T, 线程A 就会先得到/持有 o1 对象锁, 然后尝试去获取 o2 对象锁//2. 如果线程A 得不到 o2 对象锁，就会Blocked//3. 如果flag 为 F, 线程B 就会先得到/持有 o2 对象锁, 然后尝试去获取 o1 对象锁//4. 如果线程B 得不到 o1 对象锁，就会Blockedif (flag) {synchronized (o1) {//对象互斥锁, 下面就是同步代码System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入1");synchronized (o2) { // 这里获得li对象的监视权System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入2");}}} else {synchronized (o2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入3");synchronized (o1) { // 这里获得li对象的监视权System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入4");}}}}
}