线程池原理剖析&锁的深度化

2019-05-05 本文已影响0人未闻花名未见你

线程池原理剖析

Java中开辟出了一种管理线程的概念，这个概念叫做线程池，可以方便的管理线程，减少内存消耗。

如何创建一个线程池？Java中已经提供了创建线程池的一个类：Executor
创建时一般使用它的子类：ThreadPoolExecutor。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  
                              int maximumPoolSize,  
                              long keepAliveTime,  
                              TimeUnit unit,  
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,  
                              ThreadFactory threadFactory,  
                              RejectedExecutionHandler handler)

这是其中最重要的一个构造方法，这个方法决定了创建出来的线程池的各种属性，下面依靠一张图来更好的理解线程池和这几个参数：

参数释义：

corePoolSize：池中的核心线程数量，核心线程在空闲的时候也不会被回收
maximumPoolSize：池中可以容纳的最大线程数。
keepAliveTime：池中除了核心线程之外的其他线程最长可以保留的时间，因为在线程池中，除了核心线程在无任务的情况下不被清除，其余的都是有存活时间的，意思就是非核心线程可以保留的最长的空闲时间。
util：时间单位。
workQueue：等待队列，任务可以储存在任务队列中等待被执行，执行的是FIFIO原则（先进先出）。
threadFactory：创建线程的线程工厂。
handler：是一种拒绝策略，我们可以在任务满了知乎，拒绝执行某些任务。

执行流程

四种常见的线程池：

CachedThreadPool:可缓存的线程池，该线程池中没有核心线程，非核心线程的数量为Integer.max_value，就是无限大，当有需要时创建线程来执行任务，没有需要时回收线程，适用于耗时少，任务量大的情况。
SecudleThreadPool:周期性执行任务的线程池，按照某种特定的计划执行线程中的任务，有核心线程，但也有非核心线程，非核心线程的大小也为无限大。适用于执行周期性的任务。
SingleThreadPool:只有一条线程来执行任务，适用于有顺序的任务的应用场景。
FixedThreadPool:定长的线程池，有核心线程，核心线程的即为最大的线程数量，没有非核心线程
常用线程池的执行流程图的参考文章：https://blog.csdn.net/lchq1995/article/details/85230399

锁的深度化

悲观锁

总是认为不会产生并发问题，每次去取数据的时候总认为不会有其他线程对数据进行修改，因此不会上锁，但是在更新时会判断其他线程在这之前有没有对数据进行修改，一般会使用版本号机制或CAS操作实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。
version方式：一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。
核心SQL代码：

update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};

CAS操作方式：即compare and swap 或者 compare and set，涉及到三个操作数，数据所在的内存值，预期值，新值。当需要更新时，判断当前内存值与之前取到的值是否相等，若相等，则用新值更新，若失败则重试，一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。

悲观锁

总是假设最坏的情况，每次取数据时都认为其他线程会修改，所以都会加锁（读锁、写锁、行锁等），当其他线程想要访问数据时，都需要阻塞挂起（共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程）。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

两种锁的使用场景

从上面对两种锁的介绍，我们知道两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常产生冲突，这就会导致上层应用会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。
深入阅读，参考：https://blog.csdn.net/qq_34337272/article/details/81072874

重入锁

锁作为并发共享数据，保证一致性的工具，在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利。
重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。在JAVA环境下 ReentrantLock 和synchronized 都是可重入锁。

读写锁

相比Java中的锁Lock实现，读写锁更复杂一些。假设你的程序中涉及到对一些共享资源的读和写操作，且写操作没有读操作那么频繁。在没有写操作的时候，两个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程能在同时读取共享资源。但是如果有一个线程想去写这些共享资源，就不应该再有其它线程对该资源进行读或写（也就是说：读-读能共存，读-写不能共存，写-写不能共存）。这就需要一个读/写锁来解决这个问题。Java5在java.util.concurrent包中已经包含了读写锁。

public class Cache {
    static Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
    static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    static Lock r = rwl.readLock();
    static Lock w = rwl.writeLock();

    // 获取一个key对应的value
    public static final Object get(String key) {
        r.lock();
        try {
            System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 开始");
            Thread.sleep(100);
            Object object = map.get(key);
            System.out.println("正在做读的操作,key:" + key + " 结束");
            System.out.println();
            return object;
        } catch (InterruptedException e) {

        } finally {
            r.unlock();
        }
        return key;
    }

    // 设置key对应的value，并返回旧有的value
    public static final Object put(String key, Object value) {
        w.lock();
        try {

            System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "开始.");
            Thread.sleep(100);
            Object object = map.put(key, value);
            System.out.println("正在做写的操作,key:" + key + ",value:" + value + "结束.");
            System.out.println();
            return object;
        } catch (InterruptedException e) {

        } finally {
            w.unlock();
        }
        return value;
    }

    // 清空所有的内容
    public static final void clear() {
        w.lock();
        try {
            map.clear();
        } finally {
            w.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    Cache.put(i + "", i + "");
                }

            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    Cache.get(i + "");
                }

            }
        }).start();
    }
}

CAS无锁机制(待了解_20190505)

自旋锁(待了解_20190505)

自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时才能进入临界区。

分布式锁

如果想在不同的jvm中保证数据同步，使用分布式锁技术。
有数据库实现、缓存实现、Zookeeper分布式锁