JAVA并发编程的学习之路

一Java内存模型

1 Java内存模型(JMM):为了屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现java程序在任何平台下有相同的并发效果，Java虚拟机规范中定义了java内存模型。它规范了java虚拟机与计算机内存是如何协调工作的，规定了一个线程何时可以看到被其它线程修改过的共享变量的值，以及如何在必须时同步的访问共享变量。
2 同步8种操作：lock、unlock、read、load、use、assign、store、write
lock:作用与主内存的变量，把变量设成一个线程独占的状态
unlock:作用与主内存的变量，把锁定的线程释放
read:作用与主内存的变量，把一个变量的值，输送到工作内存中
load:作用与工作内存的变量，把read从主内存读入的变量放入工作内存的副本中
use:作用与工作内存的变量，把工作内存中变量的值传给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要用到这个值的字节码指令时执行的操作
assign(赋值):作用与工作内存的变量，把一个从执行引擎获取到的值赋给工作变量，每当虚拟机遇到一个需要赋值的字节码指令时执行的操作
store:作用与工作内存的变量，把工作内存中的变量值传入到主内存
write:作用与主内存的变量，把store传入过来的变量存入主内存

二线程安全性

1 线程安全性：当多个线程访问某个类时，不管这些线程采用何种调度方式，并且在主调代码中，不需要任何的同步操作，这个类都能表现出正常的结果，则称这个类是线程安全的
2线程安全问题
(1)原子性：一个或多个操作在CPU执行过程中不被中断的特性，线程切换带来原子性问题，可以通过atomic原子类(解决i++)、synchronized、lock解决
(2)可见性：一个线程对共享变量的修改，另一个线程对共享变量的修改另一个线程可以立刻看到。共享变量的更新没有及时写到缓存里可以带来可见性问题，可以通过volatile、synchronized、lock解决
volatile:当对volatile变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条lock前缀指令，将这个缓存中的变量写回到主内存中。一个处理器的缓存写到主内存中会导致其他处理器的缓存失效。
synchronized：JMM对synchronized有两条规定，线程解锁前必须把共享变量的最新值刷新到主存，线程加锁时清空工作内存中共享变量的值，从而时用共享变量时需要从主内存获取。(加锁与解锁是同一把锁)。
lock:ReetrantLock是AQS的子类，而AQS中的state是volitale的

(3)有序性：程序按照代码的先后顺序执行，编译优化带来有序性问题，就是系统为了提高程序运行效率，可能会进行指令重排(对于单线程来说，不论怎么重排，语义不变，结果不变)。可以通过Happens-Before规则解决
volatile对于有序性的解决：内存屏障（针对处理器）和禁止指令重排（针对编译器）
内存屏障：volatile写前加storestore，写后加storeload，loadload读前加，读后加loadstore

三JUC包的使用

AQS：用于构建锁和实现同步器的基础框架
AQS组件：CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier、ReentrantLock
AQS原理：基于FIFO队列实现，内部是Node节点包括线程和一个等待状态waitStatus。线程会尝试获取锁，如果失败则包装成Node节点加入同步队列。如果此节点是头节点的直接后继则会不断尝试获取锁，如果失败则被阻塞。而持有锁的线程在释放锁时会唤醒其后续节点中的线程。另外AQS内部有一个volatile修饰的共享变量state来记录锁的状态，0未锁定，1锁定，其他线程获取锁会失败，同一个线程多次调用会累加，实现可重入锁。有getState、setState、compareAndSetStatus方法操作这个变量。AQS提供了共享锁和排他锁。AQS主要的使用方式是继承，子类通过继承同步器，并实现他的抽象方法来管理同步状态

1工具类
1.1 CountDownLatch:调用await()的线程会一直处于阻塞状态，直到其他线程调用countDown()将计数器的值减为0时，所有因await()而阻塞的线程可以继续执行。用于程序需要等待每个过程执行完后才能继续向下执行的情况，比如并行计算，把父任务拆成多个子任务，子任务执行完汇总结果才能继续执行；只能用一次

1.2Semaphore：适用于只能提供有限资源，能控制并发访问的线程个数，acquire()获取锁、release()释放锁、acquire()获取许可，拿不到就放弃，可以指定等待时间

1.3CyclicBarrier：多个线程相互等待,线程调用awaiting()进入等待状态，技技术器加一，直到到达之前设置的值，等待状态的线程被唤醒，继续执行后续操作。可以使用reset方法重置，循环使用

2原子类AtomicXXX
2.1原理：内部有一个unsafe类的对象，unsafe里提供了许多getAndXXX方法来对值进行改变，getAndXXX方法里调用了本地compareAndSwapXXX来对值进行改变，此类方法是通过CAS思想和自旋实现的

 public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));

        return var5}

compareAndSwapXXX意思时时对象var1在var2的偏移量处值是否和期望值var5相同，如果相同则把var1在var2的偏移量处值赋为var4
*ABA问题：通过AtomicStampedReference可以解决，该类是一个带有时间戳的类
3锁
3.1 Lock 手动实现ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock（悲观读）,内部类sync继承自 AbstractQueuedSynchronizer
3.2Condition:针对Lock提供了线程间通信方式await()、signall()，实现类ConditionObject是AbstractQueuedSynchronizer的内部类
3.3synchronized 依赖jvm
3.4volatile:状态标识、双重检测单例模式

4并发容器
4.1BlockingQueue:可实现生产者消费者模型
在这里插入图片描述
4.2CopyOnWriteArrayList
4.3CopyOnWriteArraySet
4.4ConcurrentSkipListSet
4.5ConcurrentHashMap
5线程池
1Executors工厂可以创建线程池，ThreadPoolExecutor可以自定义线程池
2Callable:创建线程的接口，与Runnable不同的是，可以有返回值
3Future：用于获取用Callable创建的线程调用call返回的结果
4FutureTask：继承自Runnable和Future,可以直接创建线程并获取结果

四其他

1JIT编译：运行时需要代码时，将中间语言转换为机器码的编译。
2不可变对象
(1)Collections,unmodifiableXXX()
(2)Guava.ImmutableXX()
3Fock/Join(java7):用于并行计算，把大任务分成多个子任务，各个子任务放在独立的双端队列中，最后将汇总结果，类似于map/reduce的思想。利用工作窃取算法
特点：不能抛出检查异常
不能io
只能用fock和join作为同步机制，不能使用其他