多线程(四)

目录前言CAS什么是CASABA问题ABA问题的解决死锁死锁是什么如何避免死锁线程池ExecutorService 和 ExecutorsThreadPoolExecutor信号量 SemaphoreConcurrentHashMap前言本文简单介绍了CAS, ABA问题, 死锁, 线程池以及ConcurrentHashMapCAS什么是CAS全称Compare and swap字面意思:”比较并交换“, 一个 CAS 涉及到以下操作:我们假设内存中的原数据V旧的预期值A需要修改的新值B。比较 A 与 V 是否相等。比较如果比较相等将 B 写入 V。交换返回操作是否成功当多个线程同时对某个资源进行CAS操作只能有一个线程操作成功但是并不会阻塞其他线程,其他线程只会收到操作失败的信号, CAS可以视为一种乐观锁CAS其实是一个cpu指令, 单个的cpu指令, 是原子的ABA问题假设存在两个线程 t1 和 t2. 有一个共享变量 num, 初始值为 A线程 t1 想使用 CAS 把 num 值改成 Z:t1需要先读取num的值, 记录到oldNum中使用CAS判定当前num值是否为A, 为A则改为Z但是, t1执行这两个操作之间, t2线程可能将num值从A改为B, 又从B改为了A, t1 线程无法区分当前这个变量始终是 A, 还是经历了一个变化过程, 大部分的情况下, t2 线程这样的一个反复横跳改动, 对于 t1 是否修改 num 是没有影响的. 但是不排除一些特殊情况, 可能带来异常结果ABA问题的解决有增有减, 就可能出现ABA问题, 只要让判定的数值按照一个方向增长即可, 给要修改的值, 引入版本号. 在 CAS 比较数据当前值和旧值的同时, 也要比较版本号是否符合预期:如果当前版本号和读到的版本号相同, 则修改数据, 并把版本号 1.如果当前版本号高于读到的版本号. 就操作失败(认为数据已经被修改过了).死锁死锁是什么死锁是这样一种情形多个线程同时被阻塞它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞因此程序不可能正常终止.比较经典的例子就是哲学家就餐问题假设一张圆桌旁坐着 5 位哲学家他们的生活只有两件事思考 和 吃饭。桌子中央有一大盘意大利面。每位哲学家面前都有一根筷子总共 5 根筷子。要吃到面条哲学家必须同时拿起 左右两根 筷子。规则哲学家每次只能拿起一根筷子而且一旦拿起除非吃完否则不会放下。所有人都同时拿起了左边的筷子然后等待右边的筷子。结果所有人左手都有一根筷子但都在等右边的人放下筷子谁也吃不上永远僵持如何避免死锁死锁产生的四个必要条件互斥使用即当资源被一个线程使用(占有)时别的线程不能使用不可抢占资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源资源只能由资源占有者主动释放。请求和保持即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。循环等待即存在一个等待队列P1占有P2的资源P2占有P3的资源P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路当上述四个条件都成立的时候便形成死锁。当然死锁的情况下如果打破上述任何一个条件便可让死锁消失。其中最容易破坏的就是 “循环等待”:最常用的一种死锁阻止技术就是锁排序. 假设有 N 个线程尝试获取 M 把锁, 就可以针对 M 把锁进行编号(1, 2, 3…M).N 个线程尝试获取锁的时候, 都按照固定的按编号由小到大顺序来获取锁. 这样就可以避免环路等待.线程池ExecutorService 和 Executors频繁创建销毁线程的会比较低效, 线程池就是为了解决这个问题. 如果某个线程不再使用了, 并不是真正把线程释放, 而是放到一个 池子中, 下次如果需要用到线程就直接从池子中取, 不必通过系统来创建了ExecutorService 表示一个线程池实例.Executors 是一个工厂类, 能够创建出几种不同风格的线程池.ExecutorService 的 submit 方法能够向线程池中提交若干个任务.ExecutorServicepoolExecutors.newFixedThreadPool(10);pool.submit(newRunnable(){Overridepublicvoidrun(){System.out.println(hello);}});Executors 本质上是 ThreadPoolExecutor 类的封装ThreadPoolExecutorThreadPoolExecutor 提供了更多的可选参数, 可以进一步细化线程池行为的设定理解 ThreadPoolExecutor 构造方法的参数:把创建一个线程池想象成开个公司. 每个员工相当于一个线程corePoolSize: 核心线程数, 正式员工的数量maximumPoolSize: 最大线程数, 正式员工 临时工的数目keepAliveTime: 临时工允许的空闲时间unit: keepaliveTime 的时间单位, 是秒, 分钟, 还是其他值workQueue: 传递任务的阻塞队列, 正式员工忙不过来时新任务先放这里排队threadFactory: 创建线程的工厂, 参与具体的创建线程工作, 招聘渠道RejectedExecutionHandler: 拒绝策略, 当排队区满了、临时工也满了再来新任务怎么办AbortPolicy(): 超过负荷, 直接抛出异常.CallerRunsPolicy(): 调用者负责处理DiscardOldestPolicy(): 丢弃队列中最老的任务.DiscardPolicy(): 丢弃新来的任务信号量 Semaphore信号量, 用来表示 “可用资源的个数”. 本质上就是一个计数器.使用信号量可以实现 “共享锁”, 比如某个资源允许 3 个线程同时使用, 那么就可以使用 P 操作作为加锁, V 操作作为解锁, 前三个线程的 P 操作都能顺利返回, 后续线程再进行 P 操作就会阻塞等待,直到前面的线程执行了 V 操作.ConcurrentHashMapHashMpa本身不是线程安全的, 多线程下使用哈希表可以使用HashTable, ConcurrentHashMapHashTable只是简单的在关键方法上加上了synchronized关键字ConcurrentHashMap做出了一系列的优化和改进读操作没有加锁(但是使用了 volatile 保证从内存读取结果), 只对写操作进行加锁. 加锁的方式仍然是是用 synchronized, 但是不是锁整个对象, 而是 “锁桶” (用每个链表的头结点作为锁对象), 大大降低了锁冲突的概率充分利用 CAS 特性. 比如 size 属性通过 CAS 来更新. 避免出现重量级锁的情况优化了扩容的方式: 化整为零发现需要扩容的线程, 只需要创建一个新的数组, 同时只搬几个元素过去.扩容期间, 新老数组是同时存在的, 后续每个来操作 ConcurrentHashMap 的线程, 都会参与搬家的过程. 每个操作负责搬运一小部分元素搬完最后一个元素再把老数组删掉, 这个期间, 插入只往新数组加, 查找则需要同时查新数组和老数组