线程安全问题
- 多线程给我们的程序带来了很大性能上的提升,但是也可能引发线程安全问题
- 线程安全问题指的是当多个线程同时操作同一个共享资源的时候,可能会出现的操作结果不符预期问题
取钱的线程安全问题
-
线程安全问题出现的原因?
- 存在多线程并发
- 同时访问共享资源
- 存在修改共享资源
-
线程安全问题发生的原因是什么?
- 多个线程同时访问同一个共享资源且存在修改该资源。
线程同步方案
认识线程同步
思想
- 线程同步就是让多个线程实现先后依次访问共享资源,这样就解决了安全问题,它最常见的方案就是加锁
- **加锁:**每次只允许一个线程加锁,加锁后才能进入访问,访问完毕后自动解锁,然后其他线程才能再加锁进来。
同步代码块(方式一)
作用: 把访问共享资源的核心代码给上锁,以此保证线程安全。
synchronized(同步锁) { 访问共享资源的核心代码 }
同步锁的注意事项
- 对于当前同时执行的线程来说,同步锁必须是同一把(同一个对象),否则会出bug
- 对于实例方法建议使用this作为锁对象
- 对于静态方法建议使用字节码(类名.class)对象作为锁对象
同步方法(方式二)
Lock锁(方式三)
Lock锁是JDK5开始提供的一个新的锁定操作,通过它可以创建出锁对象进行加锁和解锁,更灵活、更方便、更强大。
Lock是接口,不能直接实例化,可以采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。
构造器 | 说明 |
---|---|
public ReentrantLock() | 获得Lock锁的实现类对象 |
方法
方法名称 | 说明 |
---|---|
void lock() | 获得锁 |
void unlock() | 释放锁 |
总结(三种方式对比)
同步代码块 | 同步方法 | lock | |
---|---|---|---|
语法 | synchronized (this){ } | synchronized 方法(){ } | lock.lock(); lock.unlock(); |
加锁方式 | 自动加锁、释放锁 | 自动加锁、释放锁 | 手动加锁、释放锁 |
锁粒度 | 代码行 | 方法 | 代码行 |
线程池(重点)
认识线程池
当前创建线程的问题
- 用户每发起一个请求,后台就需要创建一个新线程来处理,任务处理完毕之后,线程就会被销毁
- 下次新任务来了肯定又要创建新线程处理的,用完又要被销毁
- 而创建和销毁线程的开销是很大的,当请求过多时,肯定会产生大量的线程出来,这样会严重影响系统的性能
什么是线程池?
- 线程池就是一个可以复用线程的技术
- 它就像一个大的池子一样,里面可以放置一些线程,当需要的时候,就从里面取出来用,用完了就还回去
- 如此一来,就不必频繁的创建和销毁线程了,大大的提高了线程的利用率,提供系统的性能
不使用线程池的问题
- 如果用户每发起一个请求,后台就创建一个新线程来处理,下次新任务来了又要创建新线程,而创建新线程的开销是很大的,这样会严重影响系统的性能。
工作原理
线程池的执行流程
- 判断核心线程数是否已满,如果没满,则创建一个新的核心线程来执行任务
- 如果核心线程满了,则判断工作队列是否已满,如果没满,则将任务存储在这个工作队列
- 如果工作队列满了,则判断最大线程数是否已满,如果没满,则创建临时线程执行任务
- 如果最大线程数已满,则执行拒绝策略
如何创建线程池
谁代表线程池
JDK 5.0起提供了代表线程池的接口:ExecutorService。
如何得到线程池对象?
使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象。
public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize,int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) 参数一:corePoolSize : 指定线程池的核心线程的数量 正式工: 3 (不能小于0)
参数二:maximumPoolSize:指定线程池的最大线程数量 最大员工数: 5 临时工: 2 (最大数量>=核心线程数量)
参数三:keepAliveTime :指定临时线程的存活时间 (不能小于0)
参数四:unit:指定临时线程存活的时间单位(秒、分、时、天) 临时工空闲多久被开除 (时间单位)
参数五:workQueue:指定线程池的任务队列 客人排队的地方 (null)
参数六:threadFactory:指定线程池的线程工厂 负责招聘员工的 (null)
参数七:handler:指定线程池的任务拒绝策略(线程都在忙,任务队列也满了的时候,新任务来了该怎么处理) 忙不过来怎么办 (null)
线程池如何处理Runnable任务
- 使用ExecutorService的方法:
- void execute(Runnable target)
线程池如何处理Callable任务,并得到任务执行完后返回的结果。
- 使用ExecutorService的方法:
- Future submit(Callable command)
Executors工具类底层是基于什么方式实现的线程池对象?
- 线程池ExecutorService的实现类:ThreadPoolExecutor
Executors是否适合做大型互联网场景的线程池方案?
- 不合适。
- 建议使用ThreadPoolExecutor来指定线程池参数,这样可以明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险。
任务缓冲队列
队列 | 详解 |
---|---|
ArrayBlockingQueue | 基于数组的有界缓存等待队列,可以指定缓存队列的大小 |
LinkedBlockingQueue | 基于链表的无界阻塞队列,此时最大线程数无效 |
任务拒绝策略
策略 | 详解 |
---|---|
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy | 丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。是默认的策略 |
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy: | 丢弃任务,但是不抛出异常 这是不推荐的做法 |
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy | 抛弃队列中等待最久的任务 然后把当前任务加入队列中 |
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy | 由主线程负责调用任务的run()方法从而绕过线程池直接执行 |
线程池处理Runnable任务
ExecutorService的常用方法
方法名称 | 说明 |
---|---|
void execute(Runnable command) | 执行 Runnable 任务 |
Future submit(Callable task) | 执行 Callable 任务,返回未来任务对象,用于获取线程返回的结果 |
void shutdown() | 等全部任务执行完毕后,再关闭线程池! |
List shutdownNow() | 立刻关闭线程池,停止正在执行的任务,并返回队列中未执行的任务 |
线程池如何处理Runnable任务
使用ExecutorService的方法:void execute(Runnable target)
线程池处理Callable任务
ExecutorService的常用方法
方法名称 | 说明 |
---|---|
void execute(Runnable command) | 执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行 Runnable 任务 |
Future submit(Callable task) | 执行任务,返回未来任务对象获取线程结果,一般拿来执行 Callable 任务 |
void shutdown() | 等任务执行完毕后关闭线程池 |
List shutdownNow() | 立刻关闭,停止正在执行的任务,并返回队列中未执行的任务 |
线程池如何处理Callable任务,并得到任务执行完后返回的结果?
使用ExecutorService的方法:Future<T> submit(Callable<T> command)
Executors工具类实现线程池
Executors
- **是一个线程池的工具类,提供了很多静态方法用于返回不同特点的线程池对象。 **
方法名称 | 说明 |
---|---|
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) | 创建固定线程数量的线程池,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程替代它。 |
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() | 创建只有一个线程的线程池对象,如果该线程出现异常而结束,那么线程池会补充一个新线程。 |
public static ExecutorService newCachedThreadPool() | 线程数量随着任务增加而增加,如果线程任务执行完毕且空闲了60s则会被回收掉。 |
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) | 创建一个线程池,可以实现在给定的延迟后运行任务,或者定期执行任务。 |
注意 :这些方法的底层,都是通过线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建的线程池对象。
Executors使用可能存在的陷阱
- 大型并发系统环境中使用Executors如果不注意可能会出现系统风险。
总结
- Executors工具类底层是基于什么方式实现的线程池对象?
- 线程池ExecutorService的实现类:ThreadPoolExecutor
- Executors是否适合做大型互联网场景的线程池方案?
- 不合适。
- 建议使用ThreadPoolExecutor来指定线程池参数,这样可以明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险。
线程通信(了解)
**什么是线程通信? **
当多个线程共同操作共享的资源时,线程间通过某种方式互相告知自己的状态,以相互协调,并避免无效的资源争夺。
线程通信的常见模型(生产者与消费者模型)
- 生产者线程负责生产数据
- 消费者线程负责消费生产者生产的数据。
- 注意:生产者生产完数据应该等待自己,通知消费者消费;消费者消费完数据也应该等待自己,再通知生产者生产!
线程通信的三个常见方法
方法名称 | 说明 |
---|---|
void wait() | 当前线程等待,直到另一个线程调用notify() 或 notifyAll()唤醒自己 |
void notify() | 唤醒正在等待对象监视器(锁对象)的单个线程 |
void notifyAll() | 唤醒正在等待对象监视器(锁对象)的所有线程 |
- 注意
- 上述方法应该使用当前同步锁对象进行调用。
理论补充
进程与线程
- 进程:正在运行的程序(软件)就是一个独立的进程
- 线程:线程是属于进程的,一个进程中可以同时运行很多个线程
- 关系:进程=火车 线程=车厢
并发与并行
并发的含义
- 进程中的线程是由CPU负责调度执行的,但CPU能同时处理线程的数量有限,为了保证全部线程都能往前执行,
- CPU会轮询为系统的每个线程服务,由于CPU切换的速度很快,给我们的感觉这些线程在同时执行,这就是并发
并行的含义
在同一个时刻上,同时有多个线程在被CPU调度执行。
多线程到底是如何执行的?
并发与并行同时进行的
线程生命周期
也就是线程从生到死的过程中,经历的各种状态及状态转换,Java总共定义了6种状态
public class Thread{ ... public enum State {NEW, 线程刚被创建,但是并未启动RUNNABLE, 线程已经调用了start(),等待CPU调度BLOCKED, 线程在执行的时候未竞争到锁对象,则该线程进入Blocked状态WAITING, 一个线程进入Waiting状态,另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒TIMED_WAITING, 同waiting状态,有几个方法(sleep,wait)有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态TERMINATED; 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡}...
}
线程的6种状态互相转换
补充知识:定时器
补充知识:并发、并行
- 简单说说并发和并行的含义
- 并发:CPU分时轮询的执行线程。
- 并行:同一个时刻同时在执行。
线程的生命周期(背诵)
线程的6种状态总结
NEW(新建) | 线程刚被创建,但是并未启动。 |
---|---|
Runnable(可运行) | 线程已经调用了start()等待CPU调度 |
Blocked(锁阻塞) | 线程在执行的时候未竞争到锁对象,则该线程进入Blocked状态;。 |
Waiting(无限等待) | 一个线程进入Waiting状态,另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒 |
Timed Waiting(计时等待) | 同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。 |
Teminated(被终止) | 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。 |