java多线程记录

为什么需要多线程?

CPU,这个世界慢死了

列出一些典型的时间周期:

  • cpu:现在3.0GHZ的cpu一个指令周期为,0.3ns => 换算人类时间1s
  • 内存:寻址时间大概在100ns => 换算人类时间4min
  • SSD: 随机读取耗时为 150us => 换算人类时间4.5天
  • 硬盘:寻址时间大概是10ms => 换算人类时间10个月
  • 网络:本地延迟1ms,全世界走一圈150ms+ => 换算人类时间12.5年
  • 虚拟机:重启一次大概4s => 换算人类时间300年

所以假设cpu是人类,按人类的心跳时间1s计算,每次在等待内存硬盘网络处理和数据传输的时间,将是几个月几年几百年来计算的。

多线程的出现

由于CPU的速度实在太快了,一般解决方法是让cpu处理完一批事务后,一次性交于内存

现在CPU都是多核的:根据焦耳定律,频率太快会导致发热量急剧上升,所以频率已经不能再快了,只能往横向多核发展

线程带来了什么问题,如何避免?

  • 单线程语言的执行模型是同步/阻塞(block)的
  • java默认只有一个线程

Thread

  • 每多开⼀个线程,就多⼀个执⾏流
  • ⽅法栈(局部变量)是线程私有的
  • 静态变量/类变量是被所有线程共享的

当认为任务是可以拆分且互不相关的时候,可以使用多线程加快任务

开启多线程的方式

  • new Thread(Callable).start()
  • parallelStream
  • Executor
  • ForkJoinPool

避免多线程问题

多线程的本质问题:你要看着同⼀份代码,想象不同的⼈在疯狂地以乱序执⾏它,而java中默认的实现几乎都不是线程安全的

共享变量中使用多线程,经常就会采坑

  • 操作的原子性:即同一时刻只有一个程序在操作
  • 在一个事务周期里,只能对数据修改一次
  • 保证事务操作的原子性,有些方法本身就是原子操作,则是线程安全的
  • 避免死锁

死锁

著名哲学家用餐问题,反映的就是多线程死锁问题,原因在于双方都互相拿着对方的锁,又同时在等待对方释放

预防死锁产⽣的原则:所有的线程都按照相同的顺序获得资源的锁

java中线程安全的基本⼿段

synchronize

使用synchronized同步块,同步块中需要持有一把锁,只有拥有这把锁的线程才能继续下一步,而剩下的线程都需要等待这把锁释放。当锁被释放,剩下的线程公平且随机的竞争这把锁。

  • synchronized(⼀个对象) 把这个对象当成锁
  • Static synchronized⽅法 把Class对象当成锁
  • 实例的synchronnized⽅法把该实例当成锁
  • Collections.synchronized

线程调度和等待

可以把线程简单理解为js的异步问题,那么最终的异步都需要有回调,否则同步的代码就会在异步代码前执行完

Java从⼀开始就把线程作为语⾔特性,提供语⾔级的⽀持

  • Object.wait()/notify()/notifyAll()⽅法
  • 所有对象都是Object的子类,所以都可以成为锁

就是用来解决多线程调度问题

正常主线程需要等待其他线程数据返回后return,主线程依然要使用synchronized块包裹并wait。当其他线程执行完后,需要使用notify来通知正在wait的主线程

基于这三个方法实现的上层工具类:

  • ReentrantLock & Condition
  • countDownLatch
  • BlockingQueue
JUC包

多线程除了要考虑线程调度和等待问题,java中的大多数类都是线程不安全的,此时引入了J.U.C并发包,即 java.util.concurrent包,是JDK的核心工具包,包里的所有类都是线程安全的

如:

  • AtomicInteger/...
  • ConcurrentHashMap

在任何使⽤有线程安全问题的地⽅都可以在JUC下寻找对应的线程安全类替换。

多线程用途

对于IO密集型应⽤极其有⽤

  • ⽹络IO(通常包括数据库)
  • ⽂件IO

对于CPU密集型应⽤稍有折扣
性能提升的上限在哪⾥?

  • 单核CPU 100%
  • 多核CPU N*100%

阶段小结

目前对多线程的理解浅显,缺乏实战经验。
未完待续。。

期待了解和解决的问题:

  • 什么是ThreadLocal?
  • 为什么需要线程池?
  • 线程池的构造函数中的参数都是什么含义?
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