文章目录
- 前言
- 一、并发编程目的?
- 二、什么时候适合使用并发编程
- 三、并发编程的挑战之频繁的上下文切换
- 四、如何减少上下文切换的开销
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- 无锁并发编程
- CAS
- 使用最少线程
- 协程
- 五、并发编程的挑战之资源限制
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- 硬件资源
- 软件资源
- 六、进程和线程
-
- 进程
- 线程
- 联系
- 区别
- 如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点
- 七、 线程
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- 线程的状态
- 初始(NEW)
- 运行(RUNNABLE)
- 阻塞(BLOCKED)
- 等待(WAITING)
- 超时等待(TIME_WAITING)
- 终止(TERMINATED)
- 创建线程的方式
- 线程的挂起跟恢复
- 什么是挂起线程
- 为什么要挂起线程
- 如何挂起线程
- 什么时候合适使用挂起线程
- 线程的中断操作
- 线程的优先级
- 守护线程
- 线程安全
- 八、 原子性操作
-
- 九、关键字详解
- synchronized关键字详解
- volatile关键字
- 十、单例与线程安全
- 十一、避免线程安全性问题
- 总结
前言
之所以要用并发编程,就是减少了资源浪费,比如我们小时候经常做的数学题,正常顺序是:洗茶具,打水,烧水,冲茶。但是正常答案是:先打水,烧水和洗茶具并行操作,最后冲茶。就节约了很多时间。
一、并发编程目的?让程序充分利用计算机资源
加快程序响应速度(耗时任务,web服务器)
简化异步事件的处理
任务会阻塞线程,导致之后的代码不能执行:比如一边从文件中读取,一边进行大量计算的情况
任务执行时间过长,可以划分为分工明确的子任务:比如分段下载
任务间断性执行:日志打印
任务本身需要协作执行:比如生产者消费者问题
cpu为线程分配时间片,时间片非常短(毫秒级别)。cpu不停的切换线程执行,在切换前会保存上一个任务的状态,以便下次切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态,让我们感觉是多个程序同时运行的
上下文的频繁切换,会带来一定的性能开销。
四、如何减少上下文切换的开销无锁并发编程
无锁并发编程。多线程竞争锁时,会引起上下文切换,所以多线程处理数据时,可以用一些办法来避免使用锁,如将数据的ID按照Hash算法取模分段,不同的线程处理不同段的数据
CAS
Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据,而不需要加锁。
使用最少线程
避免创建不需要的线程,比如任务很少,但是创建了很多线程来处理,这样会造成大量线程都处于等待状态。
协程
在单线程里实现多任务的调度,并在单线程里维持多个任务间的切换。
五、并发编程的挑战之资源限制硬件资源
服务器:1m
本机: 2m
宽带的上床/下载速度,硬盘读写速度和cpu的处理速度
软件资源
数据库连接 500个连接 1000个线程查询 并也不会因此而变快 socket
六、进程和线程进程
是系统进行分配和管理资源的基本单位
线程
进程的一个执行单元,是进程内调度的实体,是cpu调度和分派的基本单位,是比进程更小的独立运行的基本单位。线程也被称为轻量级进程,线程是程序执行的最小单位。
联系
一个程序至少一个进程,一个进程至少一个线程
区别
进程有自己的独立地址空间,每启动一个进程,系统就会为它分配地址空间,建立数据表来维护代码段,堆栈段和数据段,这种操作非常昂贵。
而线程是共享进程中的数据的,使用相同的地址空间,因此cpu切换一个线程的花费远比进程要小很多,同时创建一个线程的开销也比进程要小的多。
线程之间的通信很方便,统一进程下的线程共享全局变量,静态变量等数据,而进程之间的通信需要以通信的方式进行。
如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点
多进程程序更健壮,进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,
而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,所以可能一个线程出现问题,进而导致整个程序出现问题
七、 线程线程的状态
初始(NEW)
新创建了一个线程对象,但还没有调用start()方法。
初始(NEW):新创建了一个线程对象,但还没有调用start()方法。
运行(RUNNABLE)
于可运行状态的线程正在JVM中执行,但它可能正在等待来自操作系统的其他资源,例如处理器。
阻塞(BLOCKED)
线程阻塞于synchronized锁,等待获取synchronized锁的状态。
等待(WAITING)
Object.wait()、join()、LockSupport.park(),进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作(通知或中断)。
超时等待(TIME_WAITING)
Object.wait( long)、Thread.join(),LockSupport.parkNanos()、LockSupport.parkUntil,该状态不同于WAITING,它可以在指定的时间内自行返回。
终止(TERMINATED)
表示该线程已经执行完毕。
创建线程的方式
继承Thread,并重写父类的run方法
实现Runable接口,并实现run方法
实际开发中,选第二种:java只允许单继承
增加程序的健壮性,代码可以共享,代码跟数据独立
使用匿名内部类
Lambda 表达式
线程池
线程的挂起跟恢复
什么是挂起线程
线程的挂起操作实质上就是使线程进入到“非可执行”状态下,这个状态可以用来暂停一个线程的运行,在线程挂起后,可以通过这个重新唤醒线程来使之恢复运行
为什么要挂起线程
cpu分配的时间片段非常短,同时也非常珍贵,避免资源的浪费
如何挂起线程
被废弃的方法
thread.suspend() 该方法不会释放线程所占用的资源。如果使用该方法将某个线程挂起,则可能会使其他等待资源的线程死锁
thread.resume() 方法本身并无问题,但是不能独立于suspend()方法存在
可以使用的方法
wait()
暂停执行,放弃已经获得的锁,进入等待状态
notify()
随机唤醒一个在等待锁的线程
notifyAll()
唤醒所有在等待锁的线程,自行抢占cpu资源
什么时候合适使用挂起线程
等待某些未就绪的资源,直到notify()方法被调用
线程的中断操作
stop()废弃方法:开发中不要使用。因为一旦调用,线程就立刻停止。
Thread.interrupt方法:自行定义一个标志,用来判断是否继续执行。
线程的优先级
线程的优先级告诉程序该程序该线程的重要程度有多大。如果有大量线程都被堵塞,都在等候运行,程序会尽可能地先运行优先级的那个线程,但是,这并不表示优先级较低的线程不会运行。若线程的优先级较低,只不过表示它准许运行的机会小一些而已。
线程逗得优先级设置可以为1-10的任一数值,Thread类中定义了三个线程优先级,分别是:MIN_PRIORITY(1), NORM_PRIOTY(5), MAX_PRIORITY(10),一般情况下推荐使用这几个常量,不要自行设置数值
不同平台,对线程的优先级的支持不同,编程的时候,不要过度依赖线程优先级,如果你的程序运行是否正确取决于你设置的优先级运行,那这样的程序不正确
任务:
快速处理:设置高的优先级
慢慢处理:设置低的优先级
守护线程
线程分类
用户线程,守护线程
守护线程:任何一个守护线程都是整个程序中所有用户线程的守护者。只要有活着的用户线程,守护线程就活着。当JVM实例中最后一个非守护线程结束时,也随着JVM一起退出
守护线程的作用:jvm垃圾清理线程
建议:尽量少使用守护线程,因其不可控,不要在守护线程里去进行读写操作,执行计算逻辑
线程安全
什么是线程安全:当多个线程访问某个类,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就成这个类为线程安全的。
什么是线程不安全:多线程并发访问时,得不到正确的结果。
从字节码角度剖析线程不安全操作
javac -encoding UTF-8 UnsafeThread.java 编译成.class
javap -c UnsafeThread.class 进行反编译,得到相应的字节码指令
0: getstatic #2 获取指定类的静态域,并将其押入栈顶
3: iconst_1 将int型1押入栈顶
4: iadd 将栈顶两个int型相加,将结果押入栈顶
5: putstatic #2 为指定类静态域赋值
8: return
例子中,产生线程不安全问题的原因:
num++ 不是原子性操作,被拆分成好几个步骤,在多线程并发执行的情况下,因为cpu调度,多线程快递切换,有可能两个同一时刻都读取了同一个num值,之后对它进行+1操作,导致线程安全性。
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八、 原子性操作什么是原子性操作:一个操作或者多个操作,要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行,
如何把非原子操作变成原子性:volatile关键字仅仅保证可见性,并不保证原子性
:synchronize关键字,是的操作具有原子性
九、关键字详解
synchronized关键字详解
内置锁:每个java对象都可以用做一个实现同布的锁,这些锁称为内置锁,线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁,在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。
互斥锁:内置锁是一个互斥锁,这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁,当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时,线程A必须等待或者阻塞,直到线程B释放这个锁,如果B线程不释放这个锁,那么A线程将永远等待下去。
修饰普通方法:锁住对象的实例
修饰静态方法:锁住整个类
修饰代码块:锁住一个对象 synchronized(lock)即synchronized后面口号里的内容
volatile关键字
作用:能且仅能修饰变量,保证该变量的可见性,volatile关键字仅仅保证可见性,并不保证原子性,禁止指令重排序。
A,B两个线程同时读取volatile关键字修饰的对象,A读取之后,修改了变量的值,修改后的值,对B线程来说,是可见
使用场景:作为线程开关,或者在单例中修饰对象实例,禁止指令重排序。
十、单例与线程安全
饿汉式:本身线程安全,在类加载的时候,就已经进行实例化,无论之后用不用到。如果该类比较占内存,之后有没有用到,就白白浪费了资源。
懒汉式:最简单的写法是非线程安全的,在需要的时候在实例化
十一、避免线程安全性问题
线程安全性问题成因:一是多线程环境,二是多个线程操作同一共享资源,三是对该共享资源进行了非原子性的操作。
如何避免:打破成因中三点任意一点,
1.多线程环境–将多线程改单线程(必要的代码,加锁访问)
2.多个线程操作同意共享资源–不共享资源(ThreadLocal,不共享,操作无状态化,不可变)
3.对该共享资源进行了非原子性操作-将非原子性操作改为原子性操作(加锁,使用JDK自带的原子性操作的类,JUC提供的相应的并发工具类)
提示:这里对文章进行总结:
例如:以上就是今天要讲的内容,本文仅仅简单介绍了pandas的使用,而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。