Disruptor—并发编程相关简介
1.并发类容器
(1)ConcurrentMap
ConcurrentMap 是 Map 的子接口，是高并发下线程安全的 Map 集合。ConcurrentMap 有两个实现类：
ConcurrentHashMap 采取了分段锁的技术来细化锁的粒度，把整个 Map 划分为一系列 Segment 的组成单元，一个 Segment 相当于一个小的 HashTable。
ConcurrentSkipListMap 的底层是通过跳表来实现的，跳表是一个链表，其插入、读取数据的复杂度为 O(logn)。
(2)CopyOnWrite 容器
CopyOnWrite 容器即写时复制的容器。当我们往一个容器中添加元素时，不直接往容器中添加，而是将当前容器进行 copy，复制出来一个新的容器。然后向新容器中添加需要的元素，最后将原容器的引用指向新容器。这样做的好处是：可在并发场景下对容器进行读操作而无需加锁，从而实现读写分离。
Java 并发包里提供了两个使用 CopyOnWrite 机制实现的并发容器，分别是 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite 容器适用于读多写少 + 元素不会特别多的场景。
(3)ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue 是最典型的有界阻塞队列，其内部是用数组存储元素的，初始化时需要指定容量大小，利用 ReentrantLock 实现线程安全。
(4)LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 是一个基于链表实现的阻塞队列。默认情况下，该阻塞队列的大小为 Integer.MAX_VALUE。由于这个数值特别大，所以 LinkedBlockingQueue 也被称作无界队列，代表它几乎没有界限，队列可以随着元素的添加而动态增长。但是如果没有剩余内存，则队列将抛出 OOM 错误。所以为了避免队列过大造成机器负载或者内存爆满的情况出现，在使用 LinkedBlockingQueue 时建议手动传一个队列的大小。
LinkedBlockingQueue 内部由单链表实现，只能从 head 取元素，从 tail 添加元素。并且采用两把锁的锁分离技术实现入队出队互不阻塞，添加元素和获取元素都有独立的锁。也就是说 LinkedBlockingQueue 是读写分离的，读写操作可以并行执行。
(5)SynchronousQueue
SynchronousQueue 是无缓冲阻塞队列，用来在两个线程之间移交元素。它并不是真正的队列，不维护存储空间，而维护一组线程，这些线程在等待放入或移出元素。
SynchronousQueue 是一种极为特殊的阻塞队列，它没有实际的容量。任意线程都会等待获取到数据或者交付完数据才会返回，这里任意线程指的是生产者线程或者消费者线程。生产类型的操作比如 put、offer，消费类型的操作比如 poll、take。一个生产者线程的使命是将线程中的数据交付给另一个消费者线程，而一个消费者线程则是等待一个生产者线程中的数据。
(6)PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue 是带优先级的无界阻塞队列，每次出队都返回优先级最好或最低的元素，内部是平衡二叉树的实现。
(7)DelayQueue
DelayQueue 是一个无界阻塞队列，用于放置实现了 Delayed 接口的对象，其中的对象只能在其到期时才能从队列中取走。这种队列是有序的，即队头对象的延迟到期时间最长，注意不能将 null 元素放置到这种队列中。
2.volatile 关键字与内存分析
(1)volatile 关键字的作用
作用一：多线程间的可见性
作用二：阻止指令重排序
那些支持热部署、支持动态更新的框架会大量使用 volatile 关键字。此外，ZooKeeper 的 Watcher 机制也可以支持对配置的动态感知。
(2)volatile 的内存分析
3.Atomic 系列类与 UnSafe 类
(1)Atomic 与 UnSafe 类的关系
Atomic 系列类提供了原子性操作，保证了多线程下的并发安全，Atomic 底层是通过调用 UnSafe 类的 CAS 方法来实现原子性操作的。
由于 UnSafe 类可以直接访问操作系统底层硬件，而 Java 没办法直接访问操作系统底层，所以需借助 UnSafe 类来实现 CAS。
(2)UnSafe 类的四大作用
作用一：进行内存操作，比如 UnSafe 类的 allocateMemory()和 freeMemory()方法等。
作用二：字段的定位与修改，比如 UnSafe 类的 getInt()和 putInt()方法等。
作用三：挂起与恢复线程，比如 JDK 的 LockSupport 类，会通过 UnSafe 类的 park()和 unpark()方法实现挂起和恢复线程。
作用四：CAS 操作(乐观锁)，比如 UnSafe 类的 compareAndSwapObject()系列方法就实现了 CAS 操作。
4.JUC 常用工具类
(1)CountDownLatch 和 CyclieBarrier
CountDownLatch 主要是阻塞一个线程，即阻塞当前的线程，然后调用 countdown()方法减到 0 时就会唤醒阻塞的当前线程。
CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的区别：CountDownLatch 是一次的阻塞、一个线程的阻塞。比如 new 一个 CountDownLatch 时设置为 3，当前线程调用 await()方法被阻塞，那么必须有线程总共调用 3 次 countdown()方法，当前线程才能继续往下执行。
CyclieBarrier 也可以设置一个阈值，比如这个阈值设置为 5。有 5 个线程都调用 await()方法，当这 5 个线程全部准备就绪后才一起往下。
(2)Future 模式与 Callable 接口
Future 模式用于让当前线程异步去提交工作，然后进行等待，等到负责异步回调的线程真正执行完之后，当前线程通过调用 get()方法就能获取到数据。
(3)Exchanger 线程数据交换器
Exchanger 可以实现两个线程间的数据的交换，Exchanger 通常用于一些对账场景。比如线程 A 和线程 B 同时接收同样的数据，进行磁盘 IO 读写等操作。线程 A 和线程 B 执行完都有一个结果，可通过 Exchanger 对比结果是否一致。
(4)ForkJoin 并行计算
ForkJoin 的核心就是通过递归拆分将一个大任务拆分成若干的小任务，然后对这些拆分的小任务进行并行计算，接着通过 join()整合计算结果，最后计算出统计的结果。
(5)Semaphore 信号量
Semaphore 可以控制能够同时进行并发访问的线程数量，比如设置了 Semaphore 最多允许 5 个线程可以并发进行访问。如果出现 20 个线程，那么会有 15 个线程进入 Semaphore 的 AQS 对列。
5.AQS 各种锁与架构核心
(1)ReentrantLock 重入锁
ReentrantLock 是基于 AQS 的，AQS 的两大核心：一是共享变量 state，二是 CLH 等待队列。重入指的是同一个线程可以反复获得这个 ReentrantLock。
Object 锁要配合 Synchronized + wait() + notify()来实现线程间的阻塞唤醒，而且需要注意的是：wait()方法会释放锁，notify()方法不会释放锁。
ReentrantLock 可以通过 Condition 来实现线程间的阻塞和唤醒，比如使用 Condition 的 await()方法和 signal()方法，而且需要注意的是：await()方法会释放锁，signal()方法不会释放锁。
(2)ReentrantReadWriteLock 读写锁
ReentrantReadWriteLock 也是基于 AQS 的，可以实现读写分离。
(3)Condition 条件判断
Condition 条件判断是配合 ReentrantLock 或者 ReentrantReadWriteLock 使用的，可以使用类似于 Synchronized 锁下的 wait()方法和 notify()方法进行线程阻塞与唤醒。
(4)LookSupport 基于线程的锁
LookSupport 有两个关键的方法：park()和 unpark()。LookSupport 的这两个方法会调用 UnSafe 类中的 park()和 unpark()方法，分别用来挂起指定线程和唤醒指定线程。
注意：LookSupport 唤醒和挂起线程的顺序并没有先后关系，也就是对于同一个线程，先执行 unpark()再执行 park()也不会影响。
(5)AQS 架构简介
一.AQS 维护了一个 state 和一个线程等待队列
其中 volatile int state 代表着共享资源，多线程争用资源被阻塞时会进入一个 FIFO 线程等待队列。
二.AQS 定义了独占和共享两种资源处理方式
比如 ReentrantLock 使用的是 Exclusive 独占的方式，Semaphore 使用的是 Share 共享的方式。
三.AQS 的核心方法
isHeldExclusively()方法：
判断线程是否正在独占资源。
tryAcquire()和 tryRelease()方法：
表示以独占的方式尝试获取和释放资源。
tryAcquireShared()和 tryReleaseShared()方法：
表示以共享的方式尝试获取和释放资源。
(6)ReentrantLock 底层原理简介
首先 state 会初始化为 0，表示未锁定状态。当线程 A 调用 ReentrantLock 的 lock()方法时，会触发调用 tryAcquire()方法以独占方式获取锁并将 state + 1。此后其他线程调用 tryAcquire()方法时就会失败，直到线程 A 调用 ReentrantLock 的 unlock()方法释放锁(将 state 减为 0)为止。线程 A 在释放锁之前，可以重复获取锁，重复获取锁时，state 会累加，这就是可重入的原理。但获取锁多少次(重入锁多少次/state 累加了多少次)，就要释放锁多少次，这样才能保证 state 能回到初始值为 0 的时候。
(7)CountDownLatch 底层原理简介
如果任务分为 N 个子线程去执行，那么 state 会初始化为 N。这 N 个子线程是并行执行的，每个子线程执行完就会 countdown()一次。每 countdown()一次，state 就会通过 CAS 减 1。等所有子线程都执行完后(即 state=0)，会调用 unpark()方法唤醒线程，然后主线程从 await()方法中返回，继续后面的处理。
6.线程池的最佳使用指南
(1)Excutors 工厂类
Excutors 提供了很多方法，比如 newFixedThreadPool()等。但是不建议使用 Excutors 工厂类里的创建线程池方法，因为这些创建线程池的方法里很多都没有界限限制的，存在安全隐患。比如使用 newFixedThreadPool()方法创建线程池时，没有限制阻塞队列长度。比如使用 newCachedThreadPool()方法创建线程池时，没有限制线程数量。
(2)ThreadPoolExecutor 自定义线程池
(3)如何确定线程池的线程数量
一.计算密集型
一般来说，计算密集型的一个线程执行比较快，线程数 = CPU 核数 + 1 或 CPU 核数 * 2。
二.IO 密集型
一般来说，IO 密集型的一个线程执行比较慢，线程数 = CPU 核数 / (1 - 阻塞系数)，其中阻塞系数一般是 0.8 或 0.9。
一个应用服务的线程池一定要统一起来进行管理，创建新的线程池的时候，需要知道当前应用系统运行时究竟会使用多少线程。
(4)如何正确使用线程池
一.注意线程池的相关配置
比如线程数量、阻塞队列的大小等。注意：newFixedThreadPool()方法创建线程池时不会限制阻塞队列长度，newCachedThreadPool()方法创建线程池时不会限制线程数量。
二.利用 hook 嵌入线程的行为
ThreadPoolExecutor 中有 beforeExecute()方法和 afterExecute()方法，因此可以在某一个线程执行前和执行后输出一些关键的日志。这样在线程运行失败时，便可以进行更加详细的分析。
三.需要优雅关闭线程池
一般为了避免线程池没有合理关闭，都推荐使用 Spring 创建线程池，然后直接在执行 destroy()方法进行销毁时调用 shutdown()方法即可。从而确保服务关闭时，线程池也被关闭掉。
文章转载自：东阳马生架构
还未添加个人签名 2023-06-19 加入
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