java多线程基础 之synchronized和线程池

线程安全问题的主要诱因

1. 存在共享数据（也称为临界资源）；
2. 存在多条线程共同操作这些共享数据；

解决问题的根本方法

   同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，其他线程必须等到该线程处理完数据后再对共享数据进行操作。

互斥锁的特性

互斥性

即在同一时间只允许一个线程持有某个对象锁，通过这种特性来实现多线程的协调机制，这样在同一时间只有一个线程对需要同步的代码块（复合操作）进行访问。互斥性也称为操作的原子性。

可见性

必须确保在锁被释放之前，对共享变量所做的修改，对于随后获得该锁的另一个线程是可见的（即在获得锁时应获得最新共享变量的值），否则另一个线程可能是在本地缓存的某个副本上继续操作，从而引起不一致。

synchronized锁的不是代码，锁的都是对象。

根据获取的锁的分类

获得对象锁

两种用法：

1. 同步代码块（synchronized(this)，synchronized(类实例对象)），锁的是小括号()中的实例对象；
2. 同步非静态方法（synchronized method），锁的是当前对象的实例对象；

获取类锁

两种方法：

1. 同步代码块（synchronized(类.class)），锁的是小括号()中的类对象（class对象）；
2. 同步静态方法（synchronized static method），锁的是当前对象的类对象(class对象)

对象锁和类锁的总结

1. 有线程访问对象的同步代码块时，另外的线程可以访问该对象的非同步代码块；
2. 若锁住的是同一个对象，一个线程在访问对象的同步代码块时，另一个访问对象的同步代码块的线程会被阻塞；
3. 若锁住的是同一个对象，一个线程在访问对象的同步方法时，另一个访问对象同步方法的线程会被阻塞；
4. 若锁住的是同一个对象，一个线程在访问对象的同步代码块时，另一个访问对象同步方法的线程亦会被阻塞，反之亦然；
5. 同一个类的不同对象的对象锁互不干扰；
6. 类锁由于也是一把特殊的对象锁，因此表现和上述1,2,3,4一致，而由于一个类只有一把对象锁，所以同一个类的不同对象使用类锁将会是同步的；
7. 类锁和对象锁互不干扰。

java线程池

利用Executors创建不同的线程池满足不同场景的需求

1. newFixedThreadPool(int nThreads)指定工作线程数量的线程池；
2. newCachedThreadPool()处理大量短时间工作任务的线程池；
       a) 试图缓存线程并重用，当无缓存线程可用时，就会创建新的工作线程；
       b) 如果线程闲置的时间超过阈值，则会被终止并移出缓存；
       c) 系统长时间闲置的时候，不会消耗什么资源
3. newSingleThreadExecutor()创建唯一的工作者线程来执行任务，如果线程异常结束，会有另一个线程取代它；（能保证顺序执行）
4. newSingleThreadScheduledExecutor()与newScheduledThreadPool(int corePoolSize)定时或者周期性的工作调度，两者的区别在于单一工作线程还是多个线程；
5. newWorkStealingPool()内部会构建ForkJoinPool，利用working-stealing算法，并行地处理任务，不保证处理顺序；（JDK8引入的）

Fork/join框架

把大任务分割成若干个小任务并行执行，最终汇总每个小任务结果后得到大人物结果的框架。
work-stealing算法：某个线程从其他队列窃取任务来执行。

为什么要使用线程池

1. 降低资源消耗；
2. 提高线程的可管理性；

J.U.C的三个Executor接口

1. Executor：运行新任务的简单接口，将任务提交和任务执行细节解耦；
2. ExecutorService ：具备管理执行器和任务生命周期的方法，提交任务机制更完善；
3. ScheduledExecutorService：支持Future和定期执行任务；

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor构造函数

corePoolSize：核心线程数量；
maximumPoolSize ：线程不够用时能够创建的最大线程数；
workQueue：任务等待队列；
keepAliveTime：抢占的顺序不一定，看运气；
threadFactory：创建新线程，Executors.defaultThreadFactory()；
handler：线程池的饱和策略；
   a) AbortPolicy：直接抛出异常，这是默认策略；
   b) CallerRunsPolicy ：用调用者所在的线程来执行任务；
   c)DiscardOldestPolicy：丢弃队列中靠最前的任务，并执行任务；
   d)DiscardPolicy：直接丢弃任务；
   e)实现RejectedExecutionHandler接口的自定义的handler；

新任务提交Executor执行后的判断

1. 如果运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来处理任务，即使线程池中的其他线程是空闲的；
2. 如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize且小于maximumPoolSize，则只有当workQueue满时才创建新的线程去处理任务；
3. 如果设置的corePoolSize和maximumPoolSize相同，则创建的线程池大小时固定的，这时如果有新任务提交，若workQueue未满，则将请求放入workQueue中，等待有空闲的线程去从workQueue中取任务并处理；
4. 如果运行的线程数量大于等于maximumPoolSize，这时如果workQueue已经满了，则通过handler所指定的策略来处理任务
   

线程池的状态

1. running：能接收新提交的任务，并且也能处理阻塞队列中的任务；
2. shutdown：不再接受新提交的任务，但可以处理存量任务；
3. stop：不再接受新提交的任务，也不处理存量任务；
4. tidying：所有的任务都已终止；
5. terminated：terminated()方法执行完后进入该状态

线程池的大小如何选定

1. CPU密集型：线程数=按照核数或者核数+1设定
2. I/O密集型：线程数=CPU核数*（1+平均等待时间/平均工作时间）