JUC 学习笔记

本文为笔者对 JUC 的学习记录，主要参考了尚硅谷的 JUC 教程

文章目录

- JUC 学习笔记
- - 1. JUC 概述
  - - 什么是 JUC？
    - 线程和进程：
    - 进程的状态：
    - wait 和 sleep：
    - 并发和并行：
    - 管程：
    - 用户线程和守护线程：
  - 2. Synchronized 关键字和 Lock 接口
  - - Synchronized 关键字：
    - 多线程的编程步骤（上）：
    - Lock 接口：
    - 创建线程方法：
    - Lock 和 synchronized 关键字的区别：
  - 3. 线程间通信
  - - 多线程的编程步骤（中）：
    - 虚假唤醒问题：
    - Lock 实现：
  - 4. 线程间定制化通信
  - - 线程间定制化通信：
  - 5. 集合的线程安全
  - - 集合的线程不安全演示：
    - 解决方案1——Vector：
    - 解决方案2——Collections：
    - 解决方案3——CopyOnWriteArrayList：
    - HashSet 解决方案——CopyOnWriteArraySet：
    - HashMap 解决方案——ConcurrentHashMap：
  - 6. 多线程锁
  - - 8锁问题：
    - 公平锁和非公平锁：
    - 可重入锁：
    - 死锁：
  - 7. Callable 接口
  - - Runnable 和 Callable 的区别：
    - FutureTask：
  - 8. JUC 强大的辅助类
  - - 减少计数 CountDownLatch：
    - 循环栅栏 CyclicBarrier：
    - 信号量 Semaphore：
  - 9. ReentrantReadWriteLock 读写锁
  - - MySQL 事物隔离级别：
    - ReentrantReadWriteLock：
    - 为什么用读写锁：
    - 锁降级：
  - 10. BlockingQueue 阻塞队列
  - - 阻塞队列：
    - 为什么叫阻塞队列：
    - 阻塞队列基本架构：
    - 阻塞队列实现类分类：
    - 常用方法：
  - 11. ThreadPool 线程池
  - - 线程池优势：
    - 线程池实现：
    - 线程池使用：
    - ThreadPoolExecutor 七种参数：
    - 拒绝策略：
    - 创建线程池：
  - 12. Fork/Join 分支合并框架
  - - Fork/Join 操作：
  - 13. CompletableFuture 异步回调
  - - 同步和异步：
    - CompletableFuture：

1. JUC 概述

什么是 JUC？

java.util.concurrent 工具包的简称，是一个处理线程的工具包，JDK1.5 开始出现的

线程和进程：

进程 Process 是系统进行资源分配和调度的基本单位，是线程的容器。进程是程序的实体，是程序在某一数据集合上的一次活动
线程 Thread 是操作系统执行的最小单位，是进程中实际运作的单位，是进程中的一个单一顺序控制流。一个进程可以有多个线程，每个线程执行不同的任务

进程的状态：

Thread.State 是一个枚举类，包含6种信息：NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED

WAITING 和 TIMED_WAITING 区别：WAITING（不见不散），TIMED_WAITING（过时不候）

wait 和 sleep：

sleep 是 Thread 的静态方法，wait 是 Object 的方法，任何实例对象都能调用
sleep 不释放锁也不占用锁，wait 会释放锁，但调用的前提是当前线程占有锁（也就是代码要在 synchronized 中）
都可以被 interrupted 方法中断

并发和并行：

并行对应的是串行。并发是多个线程对应一个点（春运抢票、电商秒杀），并行是多个工作一起执行，后面再汇总（边泡面边烧水边看 b 站）

管程：

管程 Monitor 监视器，所说的锁就是监视器，是一种同步机制，保证同一时间只有一个线程访问被保护的数据或代码。JVM 的同步是基于进入和退出实现的，使用管程对象实现

用户线程和守护线程：

用户线程是平时使用的线程，自定义线程。守护线程是特殊线程，运行在后台，如垃圾回收线程

主线程结束了，用户线程还在运行，那么 JVM 还在存活状态

没有用户线程了，都是守护线程，那么 JVM 结束。（设置守护线程要在 start 前）

2. Synchronized 关键字和 Lock 接口

Synchronized 关键字：

修饰代码块：synchronized { 代码 }，里面的代码叫同步语句块，作用于调用这个代码块的对象
修饰方法：作用于调用方法的对象
修饰静态方法：作用于这个类的所有对象
修饰类：作用于这个类的所有对象

多线程的编程步骤（上）：

有一套固定套路

第一步：创建资源类，在资源类创建属性和操作方法（买一个空调，内容不能更改，有啥用啥）
第二步：创建多个线程，调用资源类的操作方法（3个售票员，卖30张票）

package com.bluestragglers.juc.sync;

// 第一步，创建资源类，定义属性和操作方法
class Ticket {
    // 票数
    private int number = 30;

    // 卖票方法
    public synchronized void sale() {
        // 判断是否有票
        if (number > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + (number--) + "张票，剩余：" + number);
        }
    }
}

public class SaleTicket {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 卖票
                for (int i = 0; i < 40; i++) {
                    ticket.sale();
                }
            }
        }, "AA");
        Thread thread2 = new Thread(thread1, "BB");
        Thread thread3 = new Thread(thread1, "CC");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

需要注意的是，这里的 synchronized 关键字的作用是避免两个人卖同一张票

Synchronized 是自动上锁和解锁。要想实现手动上锁和解锁，可以用 JUC 的 Lock 接口

Lock 接口：

提供了比 synchronized 功能更强大，更好扩展。Lock 是一个接口，实现类有 ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock, ReadLock, ReentrantReadWriteLock, WriteLock 等。可重入锁：公共厕所

package com.bluestragglers.juc.lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class LTicket {
    // 票数
    private int number = 30;

    // 创建可重入锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    // 卖票方法
    public void sale() {
        // 上锁
        lock.lock();
        try {
            // 判断是否有票
            if (number > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + (number--) + "张票，剩余：" + number);
            }
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class LSaleTicket {
    public static void main(String[] args) {

        LTicket lTicket = new LTicket();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 40; i++) {
                lTicket.sale();
            }
        }, "AA");
        Thread thread2 = new Thread(thread1, "BB");
        Thread thread3 = new Thread(thread1, "CC");
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

调用 start 后，线程是否会马上生成？不会，因为 start 方法内部调用了 start0() 方法，这是个 native 方法，具体什么时候生成线程，要看操作系统创建

创建线程方法：

继承 Thread 类
实现 Runnable 接口
使用 Callable 接口
使用线程池

Lock 和 synchronized 关键字的区别：

Lock 是一个接口，而 synchronized 是一个关键字，是内置的语言实现
synchronized 发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会发生死锁。Lock 发生异常时如果不调用 unLock() 释放锁，会容易造成死锁。所以 Lock 用 try finally 写并在 finally 中释放锁
Lock 可以让等待锁的线程响应终端，synchronized 不行，等待的线程会一直等待下去，不能响应中断
Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 不行
Lock 可以提高多个线程进行读操作的效率
性能上来说，如果资源竞争不激烈，两者性能差不多。而资源竞争激烈时，Lock 性能远远优于 synchronized

3. 线程间通信

多线程的编程步骤（中）：

创建资源类
在资源类操作方法
1. 判断（注意防止虚假唤醒）
2. 干活
3. 通知
创建多个线程，调用资源类的操作方法

样例：两个线程，对同一个初始值为0的变量操作。一个线程+1，一个-1，一直为0

方法：使用 synchronized 关键字。内部用 Object 的 wait() 和 notifyAll() 方法实现等待和通知

package com.bluestragglers.juc.sync;

class Share {
    private int num = 0;

    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        if (num != 0) {
            this.wait(); // 等待
        }
        num++; // 干活
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
        this.notifyAll(); // 唤醒其他线程
    }

    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        if (num != 1) {
            this.wait(); // 等待
        }
        num--; // 干活
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
        this.notifyAll(); // 唤醒其他线程
    }
}

public class ThreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "B").start();
    }
}

虚假唤醒问题：

上面的例子，假如 AA 和 BB 是 +1，CC 和 DD 是 -1。假如 AA 之后是 BB 执行，那 BB 会 wait()，这时 AA 又执行完一次唤醒了 BB，那么 BB 就会从这个 wait() 这里被唤醒，然后跳过 if 判断执行后续操作，判断失效了。wait() 的特点是哪里睡哪里醒

解决方案：不使用 if，使用 while，避免虚假唤醒

Lock 实现：

package com.bluestragglers.juc.lock;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class Share {
    private int num = 0;

    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    // +1
    public void incr() {
        lock.lock();
        try {
            while (num != 0) { // 判断
                condition.await(); // 等待
            }
            num++; // 干活
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
            condition.signalAll(); // 唤醒其他线程
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // -1
    public void decr() {
        lock.lock();
        try {
            while (num != 1) { // 判断
                condition.await(); // 等待
            }
            num--; // 干活
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
            condition.signalAll(); // 唤醒其他线程
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class ThreadDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                share.incr();
            }
        }, "A").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                share.decr();
            }
        }, "B").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                share.decr();
            }
        }, "C").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                share.incr();
            }
        }, "D").start();
    }
}

4. 线程间定制化通信

线程间定制化通信：

流程：启动三个线程，按照要求：AA 打印 5 次，BB 10 次，CC 15 次，进行 10 轮

方案：设置一个标志位 flag，同时设置三个锁 Condition，分别控制 AA, BB 和 CC 的关系。通过 condition.await() 等待信号，同时通过 condition.signal() 释放信号

package com.bluestragglers.juc.lock;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class ShareResource {
    // 定义标志位
    private int flag = 1; // 1 AA, 2 BB, 3 CC

    // 创建 Lock 锁
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    // 创建三个 condition，相当于三把钥匙
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();

    // 打印 AA 的方法
    public void print5() {
        // 上锁
        lock.lock();
        try {
            while (flag != 1) {
                // 等待
                condition1.await();
            }
            // 干活
            for (int i = 1; i <= 5; ++i) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
            }
            // 通知
            flag = 2; // 修改标志位
            condition2.signal(); // 通知 BB 线程
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }

    // 打印 BB 的方法
    public void print10() {
        // 上锁
        lock.lock();
        try {
            while (flag != 2) {
                // 等待
                condition2.await();
            }
            // 干活
            for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
            }
            // 通知
            flag = 3; // 修改标志位
            condition3.signal(); // 通知 CC 线程
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }

    // 打印 CC 的方法
    public void print15() {
        // 上锁
        lock.lock();
        try {
            while (flag != 3) {
                // 等待
                condition3.await();
            }
            // 干活
            for (int i = 1; i <= 15; ++i) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
            }
            // 通知
            flag = 1; // 修改标志位
            condition1.signal(); // 通知 AA 线程
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }

}

public class ThreadDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResource shareResource = new ShareResource();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
                shareResource.print5();
            }
        }, "AA").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
                shareResource.print10();
            }
        }, "BB").start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
                shareResource.print15();
            }
        }, "CC").start();
    }
}

5. 集合的线程安全

集合的线程不安全演示：

List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 30; ++i) {
  new Thread(() -> {
    list.add(Thread.currentThread().getName());
    System.out.println(list);
  }, String.valueOf(i)).start();
}

执行可能会报 ConcurrentModificationException 错（Java 13 之前），原因是进行了并发修改

解决方案1——Vector：

原理：加了 synchronized 关键字

解决方案2——Collections：

原理：Collections 工具类提供了许多方法，其中 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()) 这样就可以同步了

解决方案3——CopyOnWriteArrayList：

这个方法是最常用的！多用这个方法

原理：写时复制技术。先用 lock 给对象上锁，然后复制一个相同内容的集合，独立写，最后将原容器的引用指向新副本

HashSet 解决方案——CopyOnWriteArraySet：

HashSet 是根据 HashMap 构建的，它的内容就是 HashMap 的 key。同样可以使用 CopyOnWriteArraySet 解决这个问题。

HashMap 解决方案——ConcurrentHashMap：

JDK 1.7：volatile + synchronized + segment

volatile：确保所有线程看到这个变量的值是一致的，同时禁止指令重排
volatile 保证可见性和有序性，但不保证原子性
volatile 具体实现过程：强制变量将修改的值写入主存，同时线程 B 修改时会让线程 A 的缓存行无效，这样线程 A 就必须去主存读取
synchronized：实现原子性
segment：segment 继承了 ReentrantLock，能配合 synchronized 实现互斥同步
优势：对单个 segment[i] 加锁，也就是如果 segment 有 16 个，就支持最多 16 个线程并发

使用 volatile 的场景：

状态标记量
单例模式 double check

JDK 1.8：CAS + synchronized + 红黑树

CAS：乐观锁的一种实现。悲观锁是每次执行前都上锁，是阻塞同步。乐观锁是先执行，如果执行时发生了冲突再采取其他策略，是非阻塞同步
JUC 的很多类采用了 Unsafe 类的 CAS 操作
synchronized：当 table[i] 不为空，并且没有线程正在扩容的时候，进入 table[i] 并使用 synchronized 上锁，然后判断是链表还是红黑树，然后将内容放进来

6. 多线程锁

8锁问题：

package com.bluestragglers.juc.sync;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

class Phone {

    public static synchronized void sendSMS() throws Exception {
        //停留4秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        System.out.println("------sendSMS");
    }

    public synchronized void sendEmail() throws Exception {
        System.out.println("------sendEmail");
    }

    public void getHello() {
        System.out.println("------getHello");
    }
}

/**
 * @Description: 8锁
 *
1 标准访问，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail

2 停4秒在短信方法内，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail

3 新增普通的hello方法，是先打短信还是hello
------getHello
------sendSMS

4 现在有两部手机，先打印短信还是邮件
------sendEmail
------sendSMS

5 两个静态同步方法，1部手机，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail

6 两个静态同步方法，2部手机，先打印短信还是邮件
------sendSMS
------sendEmail

7 1个静态同步方法,1个普通同步方法，1部手机，先打印短信还是邮件
------sendEmail
------sendSMS

8 1个静态同步方法,1个普通同步方法，2部手机，先打印短信还是邮件
------sendEmail
------sendSMS

 */

public class Lock_8 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Phone phone = new Phone();
        Phone phone2 = new Phone();

        new Thread(() -> {
            try {
                phone.sendSMS();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "AA").start();

        Thread.sleep(100);

        new Thread(() -> {
            try {
               // phone.sendEmail();
               // phone.getHello();
                phone2.sendEmail();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "BB").start();
    }
}

问题 1 和 2：使用的 synchronized 方法锁了方法，也就是锁了当前对象，所以按照顺序执行

问题 3：hello 没有使用 synchronized 方法，所以不被锁对象，所以可以先执行

问题 4：两个对象，所以不被锁对象影响，所以不按顺序执行

问题 5 和 6：static synchronized 连用，锁了同一把类锁，所以两个对象按照顺序执行

问题 7 和 8：static synchronized 锁了一把类锁，但是不影响 synchronized 锁对象，所以不按照顺序执行。换句话说，类锁像一个公司大门，只有一把锁，但是公司里的房间的锁（对象的锁）有很多把，所以互相不影响，两个对象不按顺序执行

公平锁和非公平锁：

ReentrantLock：默认是非公平锁，一个线程把所有活都干了，其他线程都被饿死。如果提供一个 true 参数，就成了公平锁

非公平锁：效率高，但是线程饿死
公平锁：效率低，但是阳光普照
非公平锁实现：直接 lock，执行操作
公平锁实现：队列

可重入锁：

synchronized 和 Lock 都是可重入锁。synchronized 是自动的，Lock 需要手动获取和释放锁。synchronized 的锁可以拿着钥匙来回开，像下面的例子就因为可以来回开，所以会报错

package com.bluestragglers.juc.sync;

public class SyncLockDemo {

    public synchronized void add() {
        add();
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            new SyncLockDemo().add();
        }, "t1").start();

        Object o = new Object();
        new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "外层");
                synchronized (o) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "中层");
                    synchronized (o) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "内层");
                    }
                }
            }
        }, "t1").start();
    }
}

同理，Lock 需要手动获取锁和释放锁。如果没有释放，就会出现死锁

死锁：

造成死锁的四个必要条件：

互斥
不可抢占
占有且等待（请求保持）
多个线程形成循环等待链（循环等待）

验证是否会发生死锁：

jps 命令（查看进程号，类似 Linux 的 ps -ef）
jstack（jvm 自带的堆栈跟踪工具）

首先通过 jps 获取进程号，然后通过 jstack+进程号，分析是否出现死锁

7. Callable 接口

Runnable 和 Callable 的区别：

Runnable 在线程终止时，也就是 run() 完成时，无法返回线程结果。Callable 则会可以返回结果
Runnable 需要实现不返回任何内容的 run() 方法，Callable 需要实现（重写）完成时返回结果的 call() 方法
run() 方法不能引发异常，call() 可以
Thread 的构造方法只支持 Runnable，不支持 Callable。FutureTask 实现了 Runnable，同时构造方法支持 Callable，所以可以用 FutureTask 构造 Thread

FutureTask：

功能包括：

老师上课口渴了，课不能停，新开了一个班长线程买水，买完水后老师线程可以随时 get 水
4 个同学计算，第 2 个同学计算量特别大，可以先汇总 1、3、4 的答案，最后等 2 的答案回来统一汇总
考试，首先做会做的题目，最后做不会做的题目

同时需要注意，子线程计算完一次后会将返回的结果保存，后面再调用就直接返回

package com.bluestragglers.juc.callable;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;

class MyThread1 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " come in runnable");
    }
}

class MyThread2 implements Callable {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return 200;
    }
}

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyThread1(), "AA").start();
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " come in callable");
            return 1024;
        });
        new Thread(futureTask, "BB").start();
    }
}

FutureTask 只计算一次：

8. JUC 强大的辅助类

减少计数 CountDownLatch：

主要方法：

构造方法设初始值，countDown() 每次减一，await() 阻塞，直到 0 时才允许线程执行

例子：教室六个同学先走，班长最后锁门再走

// 先设置一个 CountDownLatch
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
// 6个同学离开教室
for (int i = 1; i <= 6; i++) {
  new Thread(() -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 离开教室");
    countDownLatch.countDown();
  }, String.valueOf(i)).start();
}
try {
  countDownLatch.await();
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 班长关门走人");
} catch (InterruptedException e) {
  throw new RuntimeException(e);
}

不使用 CountDownLatch，就会出现班长可能先走的情况

使用了 CountDownLatch，就能避免班长先走

循环栅栏 CyclicBarrier：

CyclicBarrier 构造方法设置障碍数。首先跨域障碍数为 0，每次执行完都加一，最后到达障碍数了执行 await() 后的语句。按照官方的说法是到达终点的线程数量达到要求后执行后续动作

提供 Runnable 的构造方法：启动

例子：集齐七颗龙珠即可满足愿望

private static final int DRAGON_BALL_COUNT = 7;
public static void main(String[] args) {
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(DRAGON_BALL_COUNT, () -> {
        System.out.println("召唤神龙");
    });
    for (int i = 1; i <= DRAGON_BALL_COUNT; ++i) {
        int finalI = i;
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集到第" + finalI + "颗龙珠");
            try {
                cyclicBarrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, String.valueOf(i)).start();
    }
}

信号量 Semaphore：

常用内容：构建方法，设置信号量数量、acquire() 拿一个信号量、release() 释放一个信号量

例子：6 辆汽车抢 3 个车位

// 3 个车位
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
// 6 辆汽车
for (int i = 1; i <= 6; ++i) {
  new Thread(() -> {
    try {
      semaphore.acquire();
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t抢到车位");
      Thread.sleep(3000);
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t离开车位");
      semaphore.release();
    } catch (InterruptedException e) {
      throw new RuntimeException(e);
    }
  }).start();
}

9. ReentrantReadWriteLock 读写锁

MySQL 事物隔离级别：

读取未提交、读取已提交、可重复读、串行化

脏读（读取了还没有提交的数据）、不可重复读（一个事务范围内相同的两次查询得到了不同数据）、幻读（多次读取返回的结果集不一样，如增加或减少了行数据）

幻读原因：两个线程不会修改正在修改或阅读的记录，但可能会增加和删除几个记录，造成记录条数不一样

ReentrantReadWriteLock：

可以通过 readLock() 和 writeLock() 上读写锁

例子：建一个 map，同时设置 2 个线程，分别读和写 map

没有读写锁时，会出现问题

加上之后就没有问题了。可以发现，写是独占的，读是共享的

为什么用读写锁：

一阶段：无锁，多个线程抢夺资源，造成混乱

二阶段：独占锁 synchronized 和 ReentrantLock，读不能共享

三阶段：读写锁 ReentrantReadWriteLock，读可以共享，写不能共享。但是仍然存在问题，就是锁饥饿问题

锁降级：

写操作肯定要同时保留读锁和写锁，锁降级就是把写锁释放了，只保留读锁，这样其他线程也可以来读了

同时要注意，读锁不能升级为写锁。简单来说就是写的时候可以读，读的时候不能写

reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
System.out.println("主线程读取");
reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
System.out.println("主线程写入");

reentrantReadWriteLock.writeLock().lock();
System.out.println("主线程写入");
reentrantReadWriteLock.readLock().lock();
System.out.println("主线程读取");

10. BlockingQueue 阻塞队列

阻塞队列：

当队列为空时，获取元素操作会被阻塞，直到其他线程往空队列中插入了新元素。添加元素也是类似的，队列满的时候被阻塞，直到其他线程移除队列中的元素

为什么叫阻塞队列：

在多线程中，有的时候会将线程阻塞，直到其他线程唤醒。阻塞队列就是这样的，队列满的时候添加线程阻塞，直到其他线程移除元素并唤醒这个添加线程。读取线程也是类似的情况

阻塞队列不需要手动阻塞和唤醒线程，BlockingQueue 都包办了

阻塞队列可以用于生产者消费者情况

阻塞队列基本架构：

阻塞队列 BlockingQueue 是一个接口，实现类有许多 ArrayBlockingQueue …

阻塞队列实现类分类：

ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue

PriorityBlockingQueue

DelayQueue：使用优先级队列、带延迟的、无界的阻塞队列

SynchronousQueue：不存储元素的、单个的阻塞队列

常用方法：

可以发现，真正想使用阻塞队列的特色功能，需要用 put(e)、take() 方法，或者 offer(e, time, unit)、poll(time, unit) 方法

BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
blockingQueue.put("a");
blockingQueue.put("b");
blockingQueue.put("c");
System.out.println(blockingQueue.take());
blockingQueue.put("d");
System.out.println(blockingQueue.take());
System.out.println(blockingQueue.take());
System.out.println(blockingQueue.take());

11. ThreadPool 线程池

线程池优势：

降低资源消耗
提高响应速度
提高资源的可管理性

线程池实现：

线程池通过 Executor 框架实现，这个框架使用了 Executor、Executors、ExecutorService、ThreadPoolExecutor 这几个类

线程池使用：

常用方法：Executors 提供了下面的方法，其中 newCachedThreadPool() 可以根据需求创建，可扩容；newFixedThreadPool(int) 可以提供固定数量的线程；newSingleThreadPool() 是单线程池单线程，一个任务一个任务执行。它们都返回一个 ExecutorService 对象，可以通过 execute(Runnable) 方法执行

例子：有 5 个窗口，10 个人办理业务

通过 Executors.newFixedThreadPool 获取 ExecutorService，然后执行 execute(Runnable) 方法调用线程池中的线程执行内容

ExecutorService threadPool1 = Executors.newFixedThreadPool(5);
ExecutorService threadPool2 = Executors.newSingleThreadExecutor();
ExecutorService threadPool3 = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
  threadPool1.execute(() -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t办理业务");
  });
}

ThreadPoolExecutor 七种参数：

打开 Executors，可以发现其实它们都是通过 ThreadPoolExecutor 实现的功能

corePoolSize：在线程池中保留的线程数量，即使线程是空闲状态也保留，除非设置了 allowCoreThreadTimeOut

maximumPoolSize：线程池中允许的最大线程数量

keepAliveTime：线程数大于 corePoolSize 了，就允许空闲状态线程最多保留的时间，超过时间就终止线程

unit：时间单位

workQueue：等待任务执行的队列。这个队列只保留 execute() 提交的 Runnable 任务

threadFactory：生成新线程的工厂

handler：当线程达到最大数量同时队列容量也达到最大数量时的解决方案

拒绝策略：

四种。抛出异常、退回调用者执行、抛弃最早的任务、丢弃任务

创建线程池：

阿里要求不能用 Executors 创建线程池，因为可能会造成 OOM 异常。所有线程池都要用 ThreadPoolExecutor 自定义创建

ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2,
                5,
                2L,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
                                                              );
for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
  threadPoolExecutor.execute(() -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t办理业务");
  });
}
threadPoolExecutor.shutdown();

12. Fork/Join 分支合并框架

Fork/Join 操作：

Fork 是把任务拆分，Join 是把任务合并。把复杂任务拆分成小任务，然后并行执行，最后合并结果

上面的例子中，通过 fork() 方法构建分支，然后通过 join() 方法合并

例子：1+2+3+…+100，要求相加的两个数差值不能超过 10

class MyTask extends RecursiveTask<Integer> {

    private static final Integer VALUE = 10;
    private int begin, end, result;

    public MyTask(int begin, int end) {
        this.begin = begin;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if (this.end - this.begin <= VALUE) {
            for (int i = this.begin; i <= this.end; ++i) {
                this.result += i;
            }
        } else {
            int middle = (this.begin + this.end) / 2;
            MyTask task01 = new MyTask(this.begin, middle);
            MyTask task02 = new MyTask(middle + 1, this.end);
            task01.fork();
            task02.fork();
            this.result = task01.join() + task02.join();
        }
        return this.result;
    }
}

public class ForkJoinDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        MyTask myTask = new MyTask(0, 100);
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Integer> forkJoinTask = forkJoinPool.submit(myTask);
        Integer result = forkJoinTask.get();
        System.out.println(result);
        forkJoinPool.shutdown();
    }
}

需要注意：

构建的类需要继承 RecursiveTask 方法
需要构建 ForkJoinPool 对象，并通过 ForkJoinPool.submit(Task) 提供任务，最后通过 ForkJoinPool.get() 获取结果
分治时使用 Task.fork()，获取结果时使用 Task.join()

13. CompletableFuture 异步回调

同步和异步：

CompletableFuture 是用来做异步回调的，也就是 A 同学不在，在了给我打电话

Future 接口：异步回调。CompletableFuture 实现了这个接口，因此可以做异步回调

CompletableFuture：

常用功能：没有返回值的 runAsync(Runnable) 和有返回值的 supplyAsync(Supplier)

CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " CompletableFuture.runAsync");
});
completableFuture.get();

CompletableFuture<Integer> completableFuture2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " CompletableFuture.supplyAsync");
  int i = 10 / 0;
  return 1024;
});
completableFuture2.whenComplete((t, u) -> {
  System.out.println("t: " + t);
  System.out.println("u: " + u);
}).exceptionally((e) -> {
  System.out.println(e.getMessage());
  return 233;
}).get();