135.【JUC并发编程_01】

(一)、基本概述

1.概述

1. 希望你不是一个初学者
2. 线程安全问题，需要你接触过 Java Web 开发、Jdbc 开发、Web 服务器、分布式框架时才会遇到
3. 基于 JDK 8，最好对函数式编程、lambda 有一定了解
4. 采用了 slf4j 打印日志，这是好的实践
5. 采用了 lombok 简化 java bean 编写
6. 给每个线程好名字，这也是一项好的实践

1.pm.xml依赖如下

<properties><maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source><maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
</properties>
<dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><version>1.18.10</version></dependency><dependency><groupId>ch.qos.logback</groupId><artifactId>logback-classic</artifactId><version>1.2.3</version></dependency>
</dependencies>

2.logback.xml 配置如下

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<configurationxmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://ch.qos.logback/xml/ns/logback "><appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender"><encoder><pattern>%date{HH:mm:ss} [%t] %logger - %m%n</pattern></encoder></appender><logger name="c" level="debug" additivity="false"><appender-ref ref="STDOUT"/></logger><root level="ERROR"><appender-ref ref="STDOUT"/></root>
</configuration>

(二)、进程与线程

1.进程与线程

(1).进程_介绍

1. 程序由指令和数据组成，但是这样指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载到CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理IO的。
2. 当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。
3. 进程就可以视为程序的一个实列。大部分程序可以同时运行多个实列进程(列如记事本、图画、浏览器等)，也有的程序只能启动一个实列进程(列如 网易云音乐、360安全卫士)

(2).线程_介绍

1. 一个进程之内可以分为一到多个线程。
2. 一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给CPU执行。
3. Java中，线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位。在winodw中进程是不活动的，只是作为线程的容器。

(3).进程与线程的区别

• 进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集

• 进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部的线程共享

• 进程间通信较为复杂

  • 同一台计算机的进程通信称为 IPC（Inter-process communication）
  • 不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，并遵守共同的协议，例如 HTTP

• 线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量

• 线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

2.并行和并发

并行: 小海王左手牵着A女友同时右手牵着B女友。

并发: 老海王分时间安排和不同的女友见面，两个女友看不出任何破绽。时间管理大师!!!

(1).并发_介绍

单核 cpu 下，线程实际还是 串行执行 的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将 cpu 的时间片（windows
下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，只是由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感觉是 同时运行的 。总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行 。

一般会将这种 线程轮流使用 CPU 的做法称为并发， concurrent

(2).并行_介绍

多核 cpu下，每个 核（core） 都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的。

极致的并发就是并行。

(3).并行和并发的区别

• 并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力
• 并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力

3.应用

(1).异步调用_较少等待时间

从方法的角度来讲，如果

• 需要等待结果返回，才能继续运行就是同步。
• 不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步。

注意: 同步子啊多线程中还有另外一层意思，是让多个线程步调一致。

1. 设计

多线程可以让方法执行变为异步 的（即不要巴巴干等着）比如说读取磁盘文件时，假设读取操作花费了 5 秒钟，如果没有线程调度机制，这 5 秒 cpu 什么都做不了，其它代码都得暂停…

2. 结论

1. 比如在项目中，视频文件需要转换格式等操作比较费时，这时开一个新线程处理视频转换，避免阻塞主线程。(视频文件格式转换)
2. tomcat 的异步 servlet 也是类似的目的，让用户线程处理耗时较长的操作，避免阻塞 tomcat 的工作线程。(tomcat)
3. ui 程序中，开线程进行其他操作，避免阻塞 ui 线程。(ui)

(2).多线程_提高效率

充分利用多核 cpu 的优势，提高运行效率。想象下面的场景，执行 3 个计算，最后将计算结果汇总。

计算 1 花费 10 ms计算 2 花费 11 ms计算 3 花费 9 ms汇总需要 1 ms

• 如果是串行执行，那么总共花费的时间是 10 + 11 + 9 + 1 = 31ms
• 但如果是四核 cpu，各个核心分别使用线程 1 执行计算 1，线程 2 执行计算 2，线程 3 执行计算 3，那么 3 个
  线程是并行的，花费时间只取决于最长的那个线程运行的时间，即 11ms 最后加上汇总时间只会花费 12ms.

注意: 需要在多核 cpu 才能提高效率，单核仍然时是轮流执行

1. 搭建测试环境: 分别在单核和多核下测试

1.向pom.xml中导入我们的JHM检测包工具

    <dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-core</artifactId><version>1.23</version></dependency><dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId><version>1.23</version></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/cn.hutool/hutool-all -->
<dependency><groupId>cn.hutool</groupId><artifactId>hutool-all</artifactId><version>5.8.5</version>
</dependency>

2.编写测试的类

package com.jsxs.sample;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:45* @PackageName:com.jsxs.sample* @ClassName: MyBenchmark* @Description: TODO* @Version 1.0*/import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;
import org.openjdk.jmh.annotations.BenchmarkMode;
import org.openjdk.jmh.annotations.Fork;
import org.openjdk.jmh.annotations.Measurement;
import org.openjdk.jmh.annotations.Mode;
import org.openjdk.jmh.annotations.Warmup;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;@Fork(1)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Warmup(iterations = 3,time = 1,timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iterations = 5,time = 1,timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
public class MyBenchmark {static int[] ARRAY = new int[1000_000_00];static {Arrays.fill(ARRAY, 1);}@Benchmarkpublic int c() throws Exception {int[] array = ARRAY;FutureTask<Integer> t1 = new FutureTask<>(() -> {int sum = 0;for (int i = 0; i < 250_000_00; i++) {sum += array[0 + i];}return sum;});FutureTask<Integer> t2 = new FutureTask<>(() -> {int sum = 0;for (int i = 0; i < 250_000_00; i++) {sum += array[250_000_00 + i];}return sum;});FutureTask<Integer> t3 = new FutureTask<>(() -> {int sum = 0;for (int i = 0; i < 250_000_00; i++) {sum += array[500_000_00 + i];}return sum;});FutureTask<Integer> t4 = new FutureTask<>(() -> {int sum = 0;for (int i = 0; i < 250_000_00; i++) {sum += array[750_000_00 + i];}return sum;});new Thread(t1).start();new Thread(t2).start();new Thread(t3).start();new Thread(t4).start();return t1.get() + t2.get() + t3.get() + t4.get();}@Benchmarkpublic int d() throws Exception {int[] array = ARRAY;FutureTask<Integer> t1 = new FutureTask<>(() -> {int sum = 0;for (int i = 0; i < 1000_000_00; i++) {sum += array[0 + i];}return sum;});new Thread(t1).start();return t1.get();}public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder().include(MyBenchmark.class.getSimpleName()).forks(1).build();new Runner(opt).run();}}

2. 结论

1. 单核 cpu 下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换，不同线程轮流使用cpu ，不至于一个线程总占用 cpu，别的线程没法干活。
2. 多核 cpu 可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的
   • 有些任务，经过精心设计，将任务拆分，并行执行，当然可以提高程序的运行效率。但不是所有计算任务都能拆分（参考后文的【阿姆达尔定律】）
   • 也不是所有任务都需要拆分，任务的目的如果不同，谈拆分和效率没啥意义
3. IO 操作不占用 cpu，只是我们一般拷贝文件使用的是【阻塞 IO】，这时相当于线程虽然不用 cpu，但需要一直等待 IO 结束，没能充分利用线程。所以才有后面的【非阻塞 IO】和【异步 IO】优化。

(三)、Java 线程

1.创建线程和运行线程

(1).直接使用 Thread (第一种)

1.创建线程:

// 创建线程对象
Thread t = new Thread() {public void run() {// 要执行的任务}
};
// 启动线程
t.start();

2.使用线程列子

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) {// 1.构造方法的参数指定名字，推荐Thread thread = new Thread("t1") {@Overridepublic void run() {log.debug("hello");}};// 2. 开始交给任务处理器支配thread.start();}
}

3.输出:

(2).使用Runnable配合Thread (第二种)

把【线程】和【任务】（要执行的代码）分开

• Thread 代表线程
• Runnable 可运行的任务（线程要执行的代码）

1.创建任务并执行线程

Runnable runnable = new Runnable() {public void run(){// 要执行的任务}
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread( runnable );
// 启动线程
t.start();

2.执行线程

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) {// 1.创建执行任务，因为是一个接口需要实现方法Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {log.debug("hello-Runnable");}};// 2.启动线程，并且给线程指定名字new Thread(runnable,"Runnable").start();}
}

(3).lamda优化线程创建

使用lamda表达式的条件为: 函数式接口(接口中只有一个方法)

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) {// 假如函数式接口中的方法没有参数，那么直接用()表示,返回值类型是void直接直接写函数的语句就行new Thread(()->log.debug("hello-lamda"),"lamda").start();}
}

(4).Thread 和 Runnable的原理

1. 两者实际上都是使用的Thread的run()方法进行操作的

(5).Thread 和 Runnable 的总结

1. Thread 是把线程和任务合并在了一起，Runnable是把线程和任务分开了
2. 用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合。
3. 用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活。

(6).FutureTask 配合 Thread

FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况:

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {// 1.编写执行任务，并设置此线程执行完毕后的返回值FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {log.debug("hello-futureTask");Thread.sleep(1000);  //释放资源但不释放锁return 100;}});// 2.启动线程new Thread(task,"t3").start();// 3.调用get()方法会造成_主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果⭐⭐Integer integer = task.get();// 4. {}占位符,第一个占位符对应第一个参数....log.debug("结果是:{}",integer);}
}

(7).观察_多线程运行情况

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {new Thread(()->{while (true)log.debug("running1...","t1");}).start();new Thread(()->{while (true)log.debug("running2...","t2");}).start();}
}

2.查看进程线程的方法

(1).Winodws 操作系统

1. 任务管理器查看进程和线程数，也可以用来杀死进程。
   

2. tasklist 查看进程。tasklist |findstr java
   

3. taskkill 杀死进程。 taskill /F /PID pid号

(2).Linux 操作系统

1. ps -ef 查看所有的进程信息。
2. ps -ef -p <pid>查看某个进程pid的所有线程。
3. netstat -anp|grep 端口号 查看某一个端口号是否开启。
4. kill 杀死进程。
5. top 按大写H切换是否显示线程。
6. top -HP <pid> 查看某个进程pid的所有线程。

(3).Java

1. jps命令查看所有java进程。
   

2. jstack < pid > 查看某个Java进程(PID)的所有线程状态。

3. jconsole 来查看某个Java进程中线程的运行情况。 (图形化界面)
   

3.栈与栈帧

(1). 栈与栈帧

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）

我们都知道 JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。

• 每个栈内存由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

1. 单线程_栈与栈帧

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {method1(10);}public static void method1(int x){int y= x+1;Object o = method2();System.out.println(o);}public static Object method2(){Object n = new Object();return n;}}

一个线程对应一个栈内存，一个栈内存又多个栈帧组成!

当我们结果运行完毕后,栈帧和栈内存会被释放!!!

2. 类加载过程

类加载过程示意图:

①.首先通过一个类的全限定名获取该类的二进制；然后将该二进制流中静态存储结构转化为方法区运行时结构；最后在栈内存中生成该类的class对象，作为该类数据的访问入口。

②.验证文件格式(字节流是否符合、主次版本号是否在虚拟机范围内、常量池中的常量是否右不被支持的类型)、验证元数据(对字节码描述的信息进行语义分析是否有父类)、验证字节码(验证数据流和控制流程序语义是否正确)、验证符号引用(主要是为了确保解析动作能正确执行)。

③.为类中的静态变量分配内存并初始化默认值，这些内存都是在方法区进行分配的；准备阶段不分配类中实列变量的内存,实列变量将会在对象实列化时随着对象一起分配到堆中。

④.主要完成符号引用到直接引用的转换动作

⑤.初始化时类加载的最后一步,到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。

3. 栈帧图解

栈帧里面有: 局部变量表、返回地址、锁记录、操作数帧!

①通过二进制流转换成方法区运行时结构；②当我们启动项目之后会获取到时间片就会调用main线程(main内存);③main线程会生成main栈帧;④程序计算器负责指挥先main方法执行然后method1最后method2，⑤当程序运行结束后,清理顺序是先methos2、methods1最后是main方法。

4. 多线程下_栈与栈帧

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {//  1.t1线程new Thread("t1"){@Overridepublic void run() {method1(20);}}.start();// 2.main线程method1(10);}public static void method1(int x){int y= x+1;Object o = method2();System.out.println(o);}public static Object method2(){Object n = new Object();return n;}}

(2).线程上下文切换 (Thread Context Switch)

因为以下一些原因导致 cpu 不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码。

• 线程的 cpu 时间片用完。
• 垃圾回收。
• 有更高优先级的线程需要运行。
• 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法。

当 Context Switch 发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态。Java 中对应的概念就是程序计数器（Program Counter Register），它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址，是线程私有的。

• 状态包括程序计数器、虚拟机栈中每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等。
• Context Switch 频繁发生会影响性能。
• 保存的信息在线程控制块 (TCB)中。
• 线程数越多的话，会有越频繁的上下文切换，影响性能。

4.线程方法

(1).start() 与 run() _(Runnable->Running)

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception{Thread thread = new Thread("t1") {@SneakyThrows@Overridepublic void run() {// 当线程t1被时间片获取的时候，就会执行打印log.debug("running...");// 这里模拟读取文件需要十秒种Thread.sleep(10000);}};System.out.println(thread.getState());  //查看线程状态
//        thread.run();   //假如我们使用直接调用run,也能够启动线程并打印run方法里面的数据，但是不会生成t1线程,所有的操作都是main线程在操纵  (也就是说同步等待)thread.start();   // 使用这个开启线程之后,会生成一个t1线程去执行 run方法；main线程去执行其他的事情 (也就是说会异步)log.debug("do other things .....");}
}

结论:

1. 使用run方法启动,实质上只有一个main线程。
2. 使用start方法启动,会生成一个新的线程和main线程。
3. start方法不能重复调用,否则会报异常。

(2).sleep() _(Running->Blocked)

1. 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态（阻塞）
2. 其它线程可以使用 interrupt 方法打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出 InterruptedException
3. 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
4. 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性

1. sleep 进入阻塞状态…

1.调用sleep()会进入阻塞状态.....

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception{Thread thread = new Thread("t1") {@SneakyThrows@Overridepublic void run() {// 当线程t1被时间片获取的时候，就会执行打印log.debug("running...");// 这里模拟读取文件需要十秒种Thread.sleep(2000);}};thread.start();  // 开启t1线程log.debug("t1 state:{}",thread.getState());  // 获取t1线程的状态  Thread.sleep(500);  // 主线程阻塞 500毫秒log.debug("t1 state:{}",thread.getState());  // 再次获取t1线程的状态   RUNNABLE}
}

2. sleep打断 _interrupt()

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception{Thread thread = new Thread("t1") {@SneakyThrows@Overridepublic void run() {log.debug("进入睡眠 .... ");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {// 当线程睡眠被打断之后，会报异常....log.debug("wake up ....");e.printStackTrace();}}};thread.start();Thread.sleep(1000);  //主线程睡眠 1slog.debug("开始唤醒.....");thread.interrupt();  // 主线程睡眠1s之后，执行interrupt打断t1线程进入 唤醒状态}
}

(3).yield() _(Running->Runnable)

1. 调用 yield 会让当前线程从 Running 进入 Runnable 就绪状态，然后调度执行其它线程
2. 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器

(4).线程优先级 和 yield()

1. 线程优先级会提示（hint）调度器优先调度该线程，但它仅仅是一个提示，调度器可以忽略它
2. 如果 cpu 比较忙，那么优先级高的线程会获得更多的时间片，但 cpu 闲时，优先级几乎没作用

1. 验证yield() 礼让

正常情况下我们不加优先级和yeild等做干涉,那么count1 和 count 2的最后结果将会相差不大。

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception {Runnable task1 = () -> {int count = 0;for (; ; ) {   // 死循环System.out.println("---->1 " + count++);}};Runnable task2 = () -> {int count = 0;for (; ; ) {Thread.yield();  // ⭐礼让System.out.println(" ---->2 " + count++);}};Thread t1 = new Thread(task1, "t1");Thread t2 = new Thread(task2, "t2");t1.start();t2.start();}
}

2. 优先级设置

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception {Runnable task1 = () -> {int count = 0;for (; ; ) {   // 死循环System.out.println("---->1 " + count++);}};Runnable task2 = () -> {int count = 0;for (; ; ) {System.out.println(" ---->2 " + count++);}};Thread t1 = new Thread(task1, "t1");Thread t2 = new Thread(task2, "t2");t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);  //最低优先级t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);  //最高优先级t1.start();t2.start();}
}

(5).sleep应用_防止CPU占用100%

在没有利用cpu来计算时,不要让while(true)空转浪费cpu,这时可以使用 yield 或 sleep 来让出cpu的使用权给其他程序。

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception {while (true) {try {Thread.sleep(50);   // 加时间进行间隔,减少一直对cpu的占用} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

在单核cpu下，不加等待时间的cpu占用率达到了98%,如果加上了我们的时间做间隔限制,我们的cpu资源占用率降低到了3%。

• 可以使用 wait 或条件变量达到类似的效果。
• 不同的是,后两种都需要加锁,并且需要相应的唤醒操作,一般适用于要进行同步的场景。
• sleep 使用于无需锁同步的场景。

(6).join_等待线程运行结束

为什么需要join

下面的代码执行,打印r是什么?

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static int r = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1();}private static void test1() throws InterruptedException {log.debug("开始");Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug("开始");try {Thread.sleep(1);  // 这里需要进行睡眠的操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("结束");r = 10;},"t1");t1.start();  // 开启log.debug("结果为:{}", r);  // 结果为0,因为t1先睡眠了一会,所以结果为0。log.debug("结束");}
}

结果我们理想化的应该是10,为甚恶会是1呢?

分析

• 因为主线程和线程 t1 是并行执行的，t1 线程需要 1 秒之后才能算出 r=10。
• 而主线程一开始就要打印 r 的结果，所以只能打印出 r=0。

解决方法

• 用 sleep 行不行？为什么？(因为不知道子线程需要多长时间结束)
• 用 join，加在 t1.start() 之后即可

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static int r = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1();}private static void test1() throws InterruptedException {log.debug("开始");Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug("开始");try {Thread.sleep(1);  // 这里需要进行睡眠的操作} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("结束");r = 10;},"t1");t1.start();  // 开启t1.join();   // 同步等待阻塞当这个线程阻塞结束之后，后面的才能运行log.debug("结果为:{}", r);  // 因为当阻塞释放后才会运行，所以结果为10log.debug("结束");}
}

(7).join_同步应用

以调用方角度来讲，如果

• 需要等待结果返回，才能继续运行就是同步
• 不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static int r1 = 0;static int r2 = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test2();}private static void test2() throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}r1 = 10;});Thread t2 = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}r2 = 20;});long start = System.currentTimeMillis();t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();long end = System.currentTimeMillis();log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);}
}

线程1和线程2同时开启线程，首先线程1会停顿1秒，然后线程2会停顿两秒，又因为不是在主线程进行停顿，所以当线程1停顿一秒的时候，线程2也已经停顿一秒了，再只需要等待一秒我们就可以成功了。所以总功用时2秒。

(8).interrupt_(RUNNING->Waitting)

1. 打断 sleep 的线程, 会清空打断状态

打断 sleep 的线程, 会清空打断状态，以 sleep 为例.

1. Interruped -> Thread的静态方法 (会清空状态)
2. Interrupt -> Thread的实列对象方法 (不会清空状态)

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1();}private static void test1() throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(()->{try {Thread.sleep(1000); //} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "t1");t1.start();Thread.sleep(100);t1.interrupt();log.debug(" 打断状态: {}", t1.interrupted());  // interrupted() 会清空打断状态 true变成false}
}

使用interrupted() 打断非运行(Waitting)的线程那么会抛出异常且清空状态!!!;假如使用Interrupt那么会爆出异常但不会清空状态。

2. 打断正常运行的线程

打断正常运行的线程, 不会清空打断状态 ( IsInterrupted() 不会清空状态)

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test2();}private static void test2() throws InterruptedException {Thread t2 = new Thread(()->{while(true) {Thread current = Thread.currentThread();  // 获取当前线程boolean interrupted = current.isInterrupted();  //当前线程是否被打的if(interrupted) {log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);break;  // 我们被打断之后,这个while并不是说不再运行了}}}, "t2");t2.start();Thread.sleep(500);t2.interrupt();  //执行打断 不清空状态}
}

使用Interrupt()打断正常的运行不会触发异常的操作,也不会清空打断状态!!!!;假如使用interrupted()不会出现异常但是会清空打断状态。

(9).interrupt_两阶段终止

在一个线程T1种如何优雅终止线程T2? 这里的优雅指的是给T2一个料理后事的机会。

错误思路

• 使用线程对象的 stop() 方法停止线程

  • stop方法真正杀死线程,如果这时线程锁住了共享资源,那么当它被杀死后就再也没有机会释放锁，其他线程将永远无法获取锁。 (死锁)

• 使用System.exit(int) 方法停止线程

  • 目的仅是停止一个线程，但这种做法会让整个程序都停止。

2. 两阶段终止_interrupt分析

3. 两阶段终止_interrupt 异常处理

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {TwoPhaseTermination termination = new TwoPhaseTermination();termination.start();  //开启监控Thread.sleep(100);   // 休眠termination.stop();  // 停止监控}
}@Slf4j(topic = "c.Sync")
class TwoPhaseTermination{private Thread monitor;// 启动监控线程public void start(){monitor=new Thread(){@Overridepublic void run() {while (true){Thread thread = Thread.currentThread(); //获取当前线程对象if (thread.isInterrupted()) {log.debug("料理后事.....");break;}try {Thread.sleep(10000);  //1. 非正常打断,清空运行状态。 比如说:打断状态为真清空后变成假。⭐log.debug("执行监控功能...."); // 2. 正常打断，不清空运行状态⭐⭐} catch (InterruptedException e) {log.debug("被interrupt给打断");currentThread().interrupt();  // 非正常打断的情况下,再次进行打断⭐⭐e.printStackTrace();}}}};monitor.start();}// 停止监控线程public void stop(){monitor.interrupt();  //使用的是 interrupt() 不会清空状态}
}

假如我们使用两阶段终止的情况下,直接打断正常运行(RUNNING)的线程不会清空状态;假如遇到了非正在运行(Waitting)的线程那么会清空状态。

(10).park_打断线程

1. 一个 park 在线程中

打断 park 线程, 不会清空打断状态

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test3();}private static void test3() throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug("park...");LockSupport.park();  // 进行打断处理log.debug("unpark...");log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());}, "t1");t1.start();Thread.sleep(500);t1.interrupt();}
}

2. 两个park 在线程中

如果打断标记已经是 true, 则 再调用一个park 会失效(就是变成未被打断所以一直运行)。

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test3();}private static void test3() throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug("park...");LockSupport.park();  // 进行打断处理log.debug("unpark...");log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().interrupted());  // interrupted 返回状态且清空打断状态(true->false;false->true), isInterrupted 返回状态不清空打断状态LockSupport.park(); // 会造成失效也就是 打断+打断=未打断。假如使用interrupted会先清空打断状态，然后再打断。log.debug("unpark...");}, "t1");t1.start();Thread.sleep(500);t1.interrupt();}
}

interrupted 返回状态且清空打断状态(true->false;false->true), isInterrupted 返回状态不清空打断状态。正常情况下会继续打印第二个park()下的打印的；但是我们使用interrupted之后就不会打印了。

(11).不推荐的打断方法

还有一些不推荐使用的方法,这些方法已经过时，容易破坏同步代码块，造成线程死锁。

5.主线程与守护线程

(1).守护线程

默认情况下，Java 进程需要等待所有线程都运行结束，才会结束。有一种特殊的线程叫做守护线程，只要其它非守护线程运行结束了，即使守护线程的代码没有执行完，也会强制结束。

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception {log.debug("开始运行...");Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug("开始运行...");try {Thread.sleep(2000);  // 守护线程设置两秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("运行结束...");}, "daemon");// 设置该线程为守护线程t1.setDaemon(true);t1.start();Thread.sleep(1000);   // 主线程睡眠1slog.debug("运行结束...");}}

注意:

• 垃圾回收器线程就是一种守护线程
• Tomcat 中的 Acceptor 和 Poller 线程都是守护线程，所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后，不会等待它们处理当前请求。

6.线程状态

(1).五种状态_操作系统

• 【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
• 【可运行状态】指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执行
• 【运行状态】指获取了 CPU 时间片运行中的状态
  • 当 CPU 时间片用完，会从【运行状态】转换至【可运行状态】，会导致线程的上下文切换
• 【阻塞状态】
  • 如果调用了阻塞 API，如 BIO 读写文件，这时该线程实际不会用到 CPU，会导致线程上下文切换，进入【阻塞状态】
  • 等 BIO 操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至【可运行状态】
  • 与【可运行状态】的区别是，对【阻塞状态】的线程来说只要它们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑调度它们
• 【终止状态】表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其它状态

(2).六种状态_Java API

根据 Thread.State 枚举，分为六种状态

• NEW 线程刚被创建，但是还没有调用 start() 方法
• RUNNABLE 当调用了 start() 方法之后，注意，Java API 层面的 RUNNABLE 状态涵盖了 操作系统 层面的【可运行状态】、【运行状态】和【阻塞状态】（由于 BIO 导致的线程阻塞，在 Java 里无法区分，仍然认为是可运行）
• BLOCKED ， WAITING ， TIMED_WAITING 都是 Java API 层面对【阻塞状态】的细分，后面会在状态转换一节详述
• TERMINATED 当线程代码运行结束.

(3).线程六种状态演示

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception {Thread t1 = new Thread("t1") {   // 1. NEW状态@Overridepublic void run() {log.debug("running..");}};// 2.阻塞状态Thread t2 = new Thread("t2") {  //2. Runnable (可运行、运行、阻塞)@Overridepublic void run() {while (true) {}}};t2.start();Thread t3 = new Thread("t3") {  //3. Runnable (运行状态)@Overridepublic void run() {log.debug("running..");}};t3.start();Thread t4 = new Thread("t4") {@Overridepublic void run() {synchronized (Sync.class){try {Thread.sleep(10000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}};t4.start();Thread t5 = new Thread("t5") {@Overridepublic void run() {try {t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}};t5.start();Thread t6 = new Thread("t6") {@Overridepublic void run() {synchronized (Sync.class){try {Thread.sleep(10000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}};t6.start();try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("t1 state : {}",t1.getState());  //打印NEW,因为没有启动线程log.debug("t2 state : {}",t2.getState());  //打印Runnable,因为处于运行log.debug("t3 state : {}",t3.getState());  //打印Terminate,因为主线程先比t3线程先执行完毕log.debug("t4 state : {}",t4.getState());  //打印TIMED_WAITING,因为有时限的在休眠log.debug("t5 state : {}",t5.getState());  //打印WAITING,因为一直在等待log.debug("t6 state : {}",t6.getState());  //打印BLOCKED,因为获取不到锁资源，t4一直在占用}}

7.统筹规划_分析

(1).问题定义

阅读华罗庚《统筹方法》，给出烧水泡茶的多线程解决方案，提示

• 参考图二，用两个线程（两个人协作）模拟烧水泡茶过程
  • 文中办法乙、丙都相当于任务串行
  • 而图一相当于启动了 4 个线程，有点浪费
• 用 sleep(n) 模拟洗茶壶、洗水壶等耗费的时间

附：华罗庚《统筹方法》

统筹方法，是一种安排工作进程的数学方法。它的实用范围极广泛，在企业管理和基本建设中，以及关系复杂的科研项目的组织与管理中，都可以应用。

怎样应用呢？主要是把工序安排好。

比如，想泡壶茶喝。当时的情况是：开水没有；水壶要洗，茶壶、茶杯要洗；火已生了，茶叶也有了。怎么办？

• 办法甲：洗好水壶，灌上凉水，放在火上；在等待水开的时间里，洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶；等水开了，泡茶喝。
• 办法乙：先做好一些准备工作，洗水壶，洗茶壶茶杯，拿茶叶；一切就绪，灌水烧水；坐待水开了，泡茶喝。
• 办法丙：洗净水壶，灌上凉水，放在火上，坐待水开；水开了之后，急急忙忙找茶叶，洗茶壶茶杯，泡茶喝。

哪一种办法省时间？我们能一眼看出，第一种办法好，后两种办法都窝了工。

这是小事，但这是引子，可以引出生产管理等方面有用的方法来。
水壶不洗，不能烧开水，因而洗水壶是烧开水的前提。没开水、没茶叶、不洗茶壶茶杯，就不能泡茶，因而这些又是泡茶的前提。它们的相互关系，可以用下边的箭头图来表示：

从这个图上可以一眼看出，办法甲总共要16分钟（而办法乙、丙需要20分钟）。如果要缩短工时、提高工作效率，应当主要抓烧开水这个环节，而不是抓拿茶叶等环节。同时，洗茶壶茶杯、拿茶叶总共不过4分钟，大可利用“等水开”的时间来做。

是的，这好像是废话，卑之无甚高论。有如走路要用两条腿走，吃饭要一口一口吃，这些道理谁都懂得。但稍有变化，临事而迷的情况，常常是存在的。在近代工业的错综复杂的工艺过程中，往往就不是像泡茶喝这么简单了。任务多了，几百几千，甚至有好几万个任务。关系多了，错综复杂，千头万绪，往往出现“万事俱备，只欠东风”的情况。由于一两个零件没完成，耽误了一台复杂机器的出厂时间。或往往因为抓的不是关键，连夜三班，急急忙忙，完成这一环节之后，还得等待旁的环节才能装配。

洗茶壶，洗茶杯，拿茶叶，或先或后，关系不大，而且同是一个人的活儿，因而可以合并成为：

看来这是“小题大做”，但在工作环节太多的时候，这样做就非常必要了。

这里讲的主要是时间方面的事，但在具体生产实践中，还有其他方面的许多事。这种方法虽然不一定能直接解决所有问题，但是，我们利用这种方法来考虑问题，也是不无裨益的。

(2).代码展示

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws Exception {Thread t1 = new Thread("user1") {@Overridepublic void run() {log.debug("洗水壶.... 2s");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("烧水壶...3s");try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}};t1.start();new Thread("user2"){@Overridepublic void run() {log.debug("洗茶壶.... 1s");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("洗茶杯.... 2s");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("拿茶叶.... 1s");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {t1.join();  // 等待t1线程结束之后，进行泡茶log.debug("user2 泡茶");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}.start();}}

最佳耗时 7s

(四)、共享模型之管程

1.共享问题

(1).小故事

老王（操作系统）有一个功能强大的算盘（CPU），现在想把它租出去，赚一点外快

• 小南、小女（线程）来使用这个算盘来进行一些计算，并按照时间给老王支付费用
• 但小南不能一天24小时使用算盘，他经常要小憩一会（sleep），又或是去吃饭上厕所（阻塞 io 操作），有时还需要一根烟，没烟时思路全无（wait）这些情况统称为（阻塞）

• 在这些时候，算盘没利用起来（不能收钱了），老王觉得有点不划算
• 另外，小女也想用用算盘，如果总是小南占着算盘，让小女觉得不公平
• 于是，老王灵机一动，想了个办法 [ 让他们每人用一会，轮流使用算盘 ]
• 这样，当小南阻塞的时候，算盘可以分给小女使用，不会浪费，反之亦然
• 最近执行的计算比较复杂，需要存储一些中间结果，而学生们的脑容量（工作内存）不够，所以老王申请了一个笔记本（主存），把一些中间结果先记在本上
• 计算流程是这样的

• 但是由于分时系统，有一天还是发生了事故
• 小南刚读取了初始值 0 做了个 +1 运算，还没来得及写回结果
• 老王说 [ 小南，你的时间到了，该别人了，记住结果走吧 ]，于是小南念叨着 [ 结果是1，结果是1…] 不甘心地到一边待着去了（上下文切换）
• 老王说 [ 小女，该你了 ]，小女看到了笔记本上还写着 0 做了一个 -1 运算，将结果 -1 写入笔记本
• 这时小女的时间也用完了，老王又叫醒了小南：[小南，把你上次的题目算完吧]，小南将他脑海中的结果 1 写入了笔记本
  
• 小南和小女都觉得自己没做错，但笔记本里的结果是 1 而不是 0

(2).Java 的体现

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static int counter = 0;   // 共享资源public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {counter++;}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {counter--;}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.debug("{}", counter);}}

(3).问题分析

以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析。

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
iadd // 自增
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而对应 i-- 也是类似：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
isub // 自减
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下，完成静态变量的自增，自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题：

但多线程下这 8 行代码可能交错运行：

出现负数的情况

首先线程2获取静态变量并减1,这时候还没写入主存呢，然后遇到了上下文的切换，线程1读取的数据是0，然后赋值为1并写入主存。这时候线程一的时间片用完了，轮到线程2进行操作了。继续接着执行线程2写入主存的操作，也就是说会将原本主存中的1覆盖为-1.

出现正数的情况： (线程1会覆盖线程2)

线程一先读取数据，然后才线程二进行读取

(4).临界区 Critical Section

• 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
• 问题出在多个线程访问共享资源
  • 多个线程读共享资源其实也没有问题
  • 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题
• 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区

static int counter = 0;static void increment() 
// 临界区
{ counter++;
}static void decrement() 
// 临界区
{ counter--;
}

(5).竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

2. synchronized 解决方案

(1).应用之互斥

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

• 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
• 非阻塞式的解决方案：原子变量

本次课使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换。

注意:
虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

• 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
• 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

(2).synchronized 对象锁

synchronized: 释放资源但不释放锁!!!

语法

synchronized(对象) // 线程1， 线程2(blocked)
{临界区
}

解决

package com.jsxs.utils;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.io.FileReader;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static int counter = 0;static final Object room = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {synchronized (room) {  // 对象锁: 假如不释放锁，那么其他对象锁  ⭐counter++;}}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {synchronized (room) { // 对象锁: 假如不释放锁，那么其他对象锁 ⭐counter--;}}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.debug("{}", counter);}}

(3).synchrpnized_理解

1. 理论概述

• synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间（room），有唯一入口（门）房间只能一次进入一人进行计算，线程 t1，t2 想象成两个人
• 当线程 t1 执行到 synchronized(room) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行count++ 代码
• 这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(room) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了
• 这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入
• 当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码.

注意: 当临界区的代码执行完毕之后才会释放锁。

2. 用图来理解

(4).synchorized_思考

synchronized 实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内的代码对外是不可分割的，不会被线程切换所打断。

为了加深理解，请思考下面的问题

• 如果 t1 synchronized(obj1) 且 t2 synchronized(obj1)会怎么运作? – 原子性✅
• 如果 t1 synchronized(obj1) 而 t2 synchronized(obj2) 会怎样运作？– 锁对象
• 如果 t1 synchronized(obj) 而 t2 没有加会怎么样？如何理解？– 锁对象

3.synchorized_面向对象改进

(1).面向对象改进

把需要保护的共享变量放入一个类

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Room room = new Room();Thread t1 = new Thread(() -> {for (int j = 0; j < 5000; j++) {room.increment();}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int j = 0; j < 5000; j++) {room.decrement();}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.debug("count: {}", room.get());}static class Room {int value = 0;public void increment() {synchronized (this) {   // 改进锁对象，锁的是同一个类value++;}}public void decrement() {synchronized (this) {  //改进锁对象，锁的是同一个类value--;}}public int get() {synchronized (this) {return value;}}}}

4.synchorized_作用域

(1).添加在非静态方法上 _ 锁住的是this

添加成员方法上，相当于锁的是this对象

class Test{public synchronized void test() {}
}
等价于
class Test{public void test() {synchronized(this) {}}
}

(2).添加在静态方法上 _ 锁住的是类对象

添加在静态方法上，相当于锁住的是类对象

class Test{public synchronized static void test() {}
}等价于class Test{public static void test() {synchronized(Test.class) {}}
}

(3).不加 synchronized 的方法

不加 synchronzied 的方法就好比不遵守规则的人，不去老实排队（好比翻窗户进去的）。没有办法保证他的原子性的。

5. 所谓的"线程八锁"

起始就是考察 synchorized 锁住的是哪个对象。

(1).情况1_ 两个都没有睡眠

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n1.b();}).start();}static class Number {public synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象⭐log.debug("1");}public synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象⭐log.debug("2");}}}

顺序输出: 1 2 或 2 1

(2).情况2_其中一个有睡眠

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n1.b();}).start();}static class Number {public synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象try {Thread.sleep(1000);  //  ⭐} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象log.debug("2");}}}

①: 1秒后输出 1 2 。 ②: 0秒输出2然后1s后输出1

(3).情况3_存在一个没有加锁的方法

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n1.b();}).start();new Thread(() -> {n1.c();}).start();}static class Number {public synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象log.debug("2");}public void c() {  // 未加锁 ⭐log.debug("3");}}}

输出结果: ①.0秒后输出3，然后1秒后输出1 2。②.0秒后输出3和2然后1秒后输出0

(4).情况4_锁同类两个不同对象

不存在互斥的情况....

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();  // 锁的是 n1 ⭐Number n2 = new Number();  // 所得是 n2 ⭐new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n2.b();}).start();}static class Number {public synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象log.debug("2");}}}

一定是先输出2 然后1秒后输出1

(5).情况5_锁一个静态方法

锁静态方法相当于锁住的是整个类

类锁和对象锁不互斥

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n1.b();}).start();}static class Number {public static synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象 ⭐try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public  synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象log.debug("2");}}}

顺序一定是先2然后1秒后1

(6).情况6_锁两个静态方法

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n1.b();}).start();}static class Number {public static synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象 ⭐try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public static synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象 ⭐log.debug("2");}}}

执行顺序: ①一秒后1然后2。②0秒后2然后1秒后1

(7).情况7_锁同类两个不同对象+锁一个静态方法

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();Number n2 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n2.b();}).start();}static class Number {public static synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public  synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象log.debug("2");}}
}

一定先是 先2然后1秒后1

(8).情况8_锁同类两个不同对象+锁两个静态方法

两个类锁，所以互斥

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Number n1 = new Number();Number n2 = new Number();new Thread(() -> {n1.a();}).start();new Thread(() -> {n2.b();}).start();}static class Number {public static synchronized void a() {  // 锁的是: Number对象try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("1");}public static synchronized void b() {  // 锁的是: Number对象log.debug("2");}}}

顺序是: ①1秒后1然后2；②0秒后2然后一秒后1

6.线程安全分析

无状态就是: 无成员变量或有成员变量(但只读)

(1).成员变量和静态变量是否线程安全？

• 如果它们没有共享，则线程安全。
• 如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况。
  • 如果只有读操作，则线程安全。
  • 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全。

(2).局部变量是否线程安全？

• 局部变量是线程安全的
• 但局部变量引用的对象则未必
  • 如果该对象没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的。
  • 如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全。

(3).局部变量线程安全分析

1. 局部变量引用的是一个基本类型

    public static void test1() {int i = 10;i++;}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享。

public static void test1();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=1, locals=1, args_size=00: bipush 10   // 赋值为102: istore_03: iinc 0, 1   // 做自增16: return      // 返回结果LineNumberTable:line 10: 0line 11: 3line 12: 6LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature3 4 0 i I

2. 局部变量的引用_堆中同一个实列 (成员变量)

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static final int THREAD_NUMBER = 2;static final int LOOP_NUMBER = 200;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {new Thread(() -> {test.method1(LOOP_NUMBER);}, "Thread" + i).start();}}
}class ThreadUnsafe {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();public void method1(int loopNumber) {for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {// { 临界区, 会产生竞态条件method2();  // ⭐method3();  // ⭐// } 临界区}}private void method2() {  // ⭐list.add("1");}private void method3() {  // ⭐list.remove(0);}
}

其中一种情况是，如果线程2 还未 add，线程1 remove 就会报错：

分析：

• 无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list成员变量
• method3 与 method2 分析相同

3. 局部变量的引用_堆中不同实列

引用堆中各自的引用对象。而不是共享的

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static final int THREAD_NUMBER = 2;static final int LOOP_NUMBER = 200;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadSafe test = new ThreadSafe();for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {new Thread(() -> {test.method1(LOOP_NUMBER);}, "Thread" + i).start();}}
}
class ThreadSafe {public final void method1(int loopNumber) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {method2(list);    // ⭐method3(list);    // ⭐}}private void method2(ArrayList<String> list) {  //  ⭐list.add("1");}private void method3(ArrayList<String> list) {  // ⭐list.remove(0);}
}

那么就不会有上述问题了

分析:

• list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
• 而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method中引用同一个对象
• method3 的参数分析与 method2 相同

4. 方法访问修饰符带来的思考

方法访问修饰符带来的思考，如果把 method2 和 method3 的方法修改为 public 会不会代理线程安全问题？

• 情况1：有其它线程调用 method2 和 method3。 (不会有线程安全问题,因为会新建一个list)

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static final int THREAD_NUMBER = 2;static final int LOOP_NUMBER = 200;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadSafe test = new ThreadSafe();for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {new Thread(() -> {test.method1(LOOP_NUMBER);}, "Thread" + i).start();}}
}
class ThreadSafe {public final void method1(int loopNumber) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {method2(list);   //用的是同一个局部变量method3(list);   //}}public void method2(ArrayList<String> list) {  // ⭐list.add("1");}public void method3(ArrayList<String> list) {  //⭐list.remove(0);}
}

• 情况2：在 情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class Sync {static final int THREAD_NUMBER = 2;static final int LOOP_NUMBER = 200;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadSafeSubClass test = new ThreadSafeSubClass();for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {new Thread(() -> {test.method1(LOOP_NUMBER);}, "Thread" + i).start();}}
}class ThreadSafe {public final void method1(int loopNumber) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {method2(list);  method3(list);  }}public void method2(ArrayList<String> list) {list.add("1");}public void method3(ArrayList<String> list) {list.remove(0);}
}class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe {@Overridepublic void method3(ArrayList<String> list) {new Thread(() -> {list.remove(0);  // 新建一个线程之后，会出现线程安全。因为原本单线程共享一个资源，现在是多线程会出现竞态}).start();}
}

从这个例子可以看出 private 或 final 提供【安全】的意义所在，请体会开闭原则中的【闭】。因为被 private 修饰的方法不能被子类继承,所以不会出现重写method3的情况了。假如子类写了同名的method3,根据双亲委派机制也不会执行子类的method3

(4).常见线程安全类

• String (底层是final)
• Integer (底层是final)
• StringBuffer (底层synchorized)
• Random
• Vector (底层synchorized)
• Hashtable (底层synchorized)
• java.util.concurrent 包下的类

这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的。也可以理解为

Hashtable table = new Hashtable();new Thread(()->{table.put("key", "value1");
}).start();new Thread(()->{table.put("key", "value2");
}).start();

• 它们的每个方法是原子的
• 但注意它们多个方法的组合不是原子的，见后面分析

(4.1). 线程安全类方法的组合

分析下面代码是否线程安全？

Hashtable table = new Hashtable();
// 线程1，线程2
if( table.get("key") == null) {table.put("key", value);
}

squenceDiagram
participant t1 as 线程1
participant t1 as 线程2
participant table
t1 ->> table : get("key")==null
t2 ->> table : get("key")==null
t2 ->> table : put("key",v2)
t1 ->> table : put("key",v1)
#这是后会产生覆盖，也就是线程安全问题。v1覆盖v2

(4.2).不可变类线程安全性

String、Integer 等都是不可变类，因为其内部的状态(属性)不可以改变，因此它们的方法都是线程安全的，有同学或许有疑问，String 有 replace，substring 等方法【可以】改变值啊。实质上是NEW了一个新的对象，那么这些方法又是如何保证线程安全的呢？

replace和substring实质上就是NEW新建了一个对象。

(5).实例分析

1. 例1: Controller层

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:20* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: Sync* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.Sync")
public class MyServlet extends HttpServlet {// 是否安全？ -> 不是 (因为HashMap不是线程安全的类)Map<String, Object> map = new HashMap<>();// 是否安全？ -> 是 (因为是线程安全类)String S1 = "...";// 是否安全？ -> 是 (因为是线程安全类) (被final修饰的引用变量。引用值(S1)不能改变 S2=S2.replace('g','1')->报错; 但是值可以改变 S2.replace('g','1') ->不报错)final String S2 = "...";  // 是否安全？ -> 不是 (因为不是线程安全类)Date D1 = new Date();// 是否安全？ -> 不是 (因为不是线程安全类)  (被final修饰的引用变量。引用值(d2)不能改变,但是值可以变)final  Date D2 = new Date();public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {// 调用上面的方法}
}

例2: Serverimpl层

public class MyServlet extends HttpServlet {// 是否安全？ ->不是线程安全因为server层存在不安全 ⭐⭐private UserService userService = new UserServiceImpl();public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {userService.update(...);  // 因为存在多人同时调用  }
}public class UserServiceImpl implements UserService {// 记录调用次数private int count = 0;// 出现了临界区 ->  线程不安全 ⭐public void update() {// ...count++;}
}

3. 列三: 切面的时候

@Aspect
@Component
public class MyAspect {// 是否安全？ 不安全，因为Spring默认切面是单列的，然后里面的成员变量就会被共享。private long start = 0L;@Before("execution(* *(..))")public void before() {start = System.nanoTime();}@After("execution(* *(..))")public void after() {long end = System.nanoTime();System.out.println("cost time:" + (end - start));}
}

4. 列四 : MVC ✅

public class MyServlet extends HttpServlet {// 是否安全 -是安全的因为private UserDao userDao = new UserDaoImpl();安全的 ⭐⭐⭐private UserService userService = new UserServiceImpl();public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {userService.update(...);}
}public class UserServiceImpl implements UserService {// 是否安全 -虽然是成员变量，但是因为底部的Conn是安全的， ⭐⭐private UserDao userDao = new UserDaoImpl();public void update() {userDao.update();}
}public class UserDaoImpl implements UserDao {public void update() {String sql = "update user set password = ? where username = ?";// 是否安全 : 是安全的因为不是成员变量，用的是类中的局部变量。 ⭐try (Connection conn = DriverManager.getConnection("", "", "")) {// ...} catch (Exception e) {// ...}}
}

5. 列5: MVC

public class MyServlet extends HttpServlet {// 是否安全: 不安全因为server层private UserService userService = new UserServiceImpl();public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {userService.update(...);}
}public class UserServiceImpl implements UserService {// 是否安全: 不安全因为dao层private UserDao userDao = new UserDaoImpl();public void update() {userDao.update();}}public class UserDaoImpl implements UserDao {// 是否安全 : 不安全成员变量共享了private Connection conn = null;public void update() throws SQLException {String sql = "update user set password = ? where username = ?";conn = DriverManager.getConnection("", "", "");// ...conn.close();}
}

6. 列六 MVC✅

public class MyServlet extends HttpServlet {// 是否安全 : 不安全因为server层消除了安全隐患 ⭐private UserService userService = new UserServiceImpl();public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {userService.update(...);}
}public class UserServiceImpl implements UserService {public void update() {// 局部变量不存在线程安全,因为局部化了 ⭐UserDao userDao = new UserDaoImpl();userDao.update();}
}public class UserDaoImpl implements UserDao {// 是否安全?  这里会出现安全问题，但是经过server层就不会了 ⭐private Connection =null;public void update() throws SQLException {String sql = "update user set password = ? where username = ?";conn = DriverManager.getConnection("", "", "");// ...conn.close();}
}

列7 : 外形方法

public abstract class Test {public void bar() {// 是否安全 : 不能确定是否安全，看fooSimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");foo(sdf);}public abstract foo(SimpleDateFormat sdf);public static void main(String[] args) {new Test().bar();}
}

其中 foo 的行为是不确定的，可能导致不安全的发生，被称之为外星方法

    public void foo(SimpleDateFormat sdf) {String dateStr = "1999-10-11 00:00:00";for (int i = 0; i < 20; i++) {new Thread(() -> {try {sdf.parse(dateStr);} catch (ParseException e) {e.printStackTrace();}}).start();}}

请比较 JDK 中 String 类的实现。

为什么String被设置成final,主要是为了避免外星方法。保证线程安全。

7.习题

(1).卖票练习

测试下面代码是否存在线程安全问题，并尝试改正。

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Vector;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/2 16:17* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: ExerciseSell* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.sell")
public class ExerciseSell {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {TicketWindow ticketWindow = new TicketWindow(1000);  //初始化为1000张票List<Integer> list = new Vector<>();   // 统计所有已经卖出的票List<Thread> threads = new ArrayList<>();  // 统计所有的线程集合for (int i = 0; i < 5000; i++) {  // 模拟循环2000个人去抢票Thread thread = new Thread("第" + i + "个顾客") {@Overridepublic void run() {// 顾客买票 : 买票的数目为 0~5int amount = ticketWindow.sell(ExerciseSell.randomAmount());try {Thread.sleep(randomAmount()); // 放大事故发生的概率} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}list.add(amount);}};threads.add(thread);thread.start();}// 统计票数之前，先等待线程结束for (Thread thread : threads) {thread.join();}// 统计卖出的票数和剩余的票数log.debug("余票: {}",ticketWindow.getCount());log.debug("卖出去的票数: {}",list.stream().mapToInt(i->i).sum());}// 随机 1~5 张static Random random = new Random();public static int randomAmount(){return random.nextInt(5)+1;}}//  售票窗口
class TicketWindow {private int count;public TicketWindow(int count) {this.count = count;}// 获取余票数量public int getCount() {return count;}// 售票操作public int sell(int amount) {if (this.count >= amount) {this.count -= amount;return amount;} else {return 0;}}
}

另外，用下面的代码行不行，为什么？

List<Integer> sellCount = new ArrayList<>();

(2).卖票解题_受保护的是一个实列对象

需要在临界区上加锁，就能够解决!

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Vector;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/2 16:17* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: ExerciseSell* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.sell")
public class ExerciseSell {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {TicketWindow ticketWindow = new TicketWindow(1000);  //初始化为1000张票List<Integer> list = new Vector<>();   // 统计所有已经卖出的票List<Thread> threads = new ArrayList<>();  // 统计所有的线程集合for (int i = 0; i < 5000; i++) {  // 模拟循环2000个人去抢票Thread thread = new Thread("第" + i + "个顾客") {@Overridepublic void run() {// 顾客买票 : 买票的数目为 0~5int amount = ticketWindow.sell(ExerciseSell.randomAmount());try {Thread.sleep(randomAmount());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}list.add(amount);}};threads.add(thread);thread.start();}// 统计票数之前，先等待线程结束for (Thread thread : threads) {thread.join();}// 统计卖出的票数和剩余的票数log.debug("余票: {}",ticketWindow.getCount());log.debug("卖出去的票数: {}",list.stream().mapToInt(i->i).sum());}// 随机 1~5 张static Random random = new Random();public static int randomAmount(){return random.nextInt(5)+1;}}//  售票窗口
class TicketWindow {private int count;  // 没有添加static，却也是共享变量因为有 get 或 set 对成员变量public TicketWindow(int count) {this.count = count;}// 获取余票数量public int getCount() {return count;}// 售票操作 : 临界区public synchronized int sell(int amount) {  // 对我们的临界区进行加锁的操作if (this.count >= amount) {this.count -= amount;return amount;} else {return 0;}}
}

(3).转账练习_受保护的是多个实列对象

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Vector;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/2 16:17* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: ExerciseSell* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.sell")
public class ExerciseTransfer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Account a = new Account(1000);Account b = new Account(1000);Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {a.transfer(b, randomAmount());}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {b.transfer(a, randomAmount());}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();
// 查看转账2000次后的总金额log.debug("total:{}", (a.getMoney() + b.getMoney()));}// Random 为线程安全static Random random = new Random();// 随机 1~100public static int randomAmount() {return random.nextInt(100) + 1;}
}class  Account {private  int money;public Account(int money) {this.money = money;}public int getMoney() {return money;}public void setMoney(int money) {this.money = money;}// 转账操作 : 临界区public void transfer(Account target, int amount) {synchronized (this){   if (this.money > amount) {this.setMoney(this.getMoney() - amount);   //这里有两个受保护的对象target.setMoney(target.getMoney() + amount);  // 这里有两个受保护的对象}}}
}

因为是要保护多个实列对象，所以我们需要对类做加锁

    // 转账操作 : 临界区public void transfer(Account target, int amount) {synchronized (Account.class){   // 因为有多个受保护的对象，不是一个所以需要对整个类加锁if (this.money > amount) {this.setMoney(this.getMoney() - amount);   //这里有两个受保护的对象target.setMoney(target.getMoney() + amount);  // 这里有两个受保护的对象}}}

8. Monitor 概念

(1).Java 对象头

以32位虚拟机为例

普通对象

|--------------------------------------------------------------|
| Object Header (64 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|
| Mark Word (32 bits) | Klass Word (32 bits) |
|------------------------------------|-------------------------|

数组对象

|---------------------------------------------------------------------------------|
| Object Header (96 bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|
| Mark Word(32bits) | Klass Word(32bits) | array length(32bits) |
|--------------------------------|-----------------------|------------------------|

其中 Mark Word 结构为

|-------------------------------------------------------|--------------------|
| Mark Word (32 bits) | State |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| hashcode:25 | age:4 | biased_lock:0 (没有启用偏向锁 🔰) | 01 | Normal (正常状态🔰) |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| thread:23 (线程id) | epoch:2  | age:4 | biased_lock:1 (启用偏向锁 🔰) | 01 | Biased (偏向锁状态) |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:30 | 00 | Lightweight Locked (轻量级锁🔰)|
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:30 | 10 | Heavyweight Locked (重量级锁🔰) |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| | 11 | Marked for GC |
|-------------------------------------------------------|--------------------|

64 位虚拟机 Mark Word

|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| Mark Word (64 bits) | State |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| unused:25 | hashcode:31 | unused:1 | age:4 | biased_lock:0 | 01 | Normal |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| thread:54 | epoch:2 | unused:1 | age:4 | biased_lock:1 | 01 | Biased |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:62 | 00 | Lightweight Locked  (轻量级锁🔰)  |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:62 | 10 | Heavyweight Locked |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|
| | 11 | Marked for GC |
|--------------------------------------------------------------------|--------------------|

(2).Monitor_synorized原理

Monitor 被翻译为监视器或管程。

每个 Java 对象都可以关联一个 Monitor 对象，如果使用synchronized 给对象上锁（重量级）之后，该对象头的Mark Word 中就被设置指向 Monitor 对象的指针。

Monitor 结构如下

• 刚开始 Monitor 中 Owner 为 null。
• 当 Thread-2 执行 synchronized(obj) 就会将 Monitor 的所有者 Owner 置为 Thread-2，Monitor中只能有一个 Owner。
• 在 Thread-2 上锁的过程中，如果 Thread-3，Thread-4，Thread-5 也来执行 synchronized(obj)，就会进入 EntryList BLOCKED (阻塞队列)
• Thread-2 执行完同步代码块的内容，然后唤醒 EntryList 中等待的线程来竞争锁，竞争时是非公平的。
• 图中 WaitSet 中的 Thread-0，Thread-1 是之前获得过锁，但条件不满足进入 WAITING 状态的线程，后面讲wait-notify 时会分析。

注意:

• synchronized 必须是进入同一个对象的 monitor 才有上述的效果
• 不加 synchronized 的对象不会关联监视器，不遵从以上规则

(3).Monitor_字节码角度

static final Object lock = new Object();
static int counter = 0;public static void main(String[] args) {synchronized (lock) {counter++;}
}

对应的字节码为

    public static void main(java.lang.String[]);descriptor:([Ljava/lang/String;)Vflags:ACC_PUBLIC,ACC_STATICCode:stack=2,locals=3,args_size=10:getstatic #2 // <- lock引用 （synchronized开始）3:dup4:astore_1 // lock引用 -> slot 15:monitorenter // 将 lock对象 MarkWord 置为 Monitor 指针6:getstatic #3 // <- i9:iconst_1 // 准备常数 110:iadd // +111:putstatic #3 // -> i14:aload_1 // <- lock引用15:monitorexit // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList16:goto 2419:astore_2 // e -> slot 2 20:aload_1 // <- lock引用21:monitorexit // 将 lock对象 MarkWord 重置, 唤醒 EntryList22:aload_2 // <- slot 2 (e)23:athrow // throw e24:returnException table:from to target type6 16 19any19 22 19anyLineNumberTable:line 8:0line 9:6line 10:14line 11:24LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 25 0args[Ljava/lang/String;StackMapTable:number_of_entries=2frame_type=255 /* full_frame */offset_delta=19locals=[class "[Ljava/lang/String;",class java/lang/Object]stack=[class java/lang/Throwable]frame_type=250 /* chop */offset_delta=4

(4).小故事

故事角色

• 老王 - JVM
• 小南 - 线程
• 小女 - 线程
• 房间 - 对象
• 房间门上 - 防盗锁 - Monitor
• 房间门上 - 小南书包 - 轻量级锁
• 房间门上 - 刻上小南大名 - 偏向锁
• 批量重刻名 - 一个类的偏向锁撤销到达 20 阈值
• 不能刻名字 - 批量撤销该类对象的偏向锁，设置该类不可偏向

小南要使用房间保证计算不被其它人干扰（原子性），最初，他用的是防盗锁，当上下文切换时，锁住门。这样，即使他离开了，别人也进不了门，他的工作就是安全的。

但是，很多情况下没人跟他来竞争房间的使用权。小女是要用房间，但使用的时间上是错开的，小南白天用，小女晚上用。每次上锁太麻烦了，有没有更简单的办法呢？

小南和小女商量了一下，约定不锁门了，而是谁用房间，谁把自己的书包挂在门口，但他们的书包样式都一样，因此每次进门前得翻翻书包，看课本是谁的，如果是自己的，那么就可以进门，这样省的上锁解锁了。万一书包不是自己的，那么就在门外等，并通知对方下次用锁门的方式。

后来，小女回老家了，很长一段时间都不会用这个房间。小南每次还是挂书包，翻书包，虽然比锁门省事了，但仍然觉得麻烦。

于是，小南干脆在门上刻上了自己的名字：【小南专属房间，其它人勿用】，下次来用房间时，只要名字还在，那么说明没人打扰，还是可以安全地使用房间。如果这期间有其它人要用这个房间，那么由使用者将小南刻的名字擦掉，升级为挂书包的方式。

同学们都放假回老家了，小南就膨胀了，在 20 个房间刻上了自己的名字，想进哪个进哪个。后来他自己放假回老家了，这时小女回来了（她也要用这些房间），结果就是得一个个地擦掉小南刻的名字，升级为挂书包的方式。老王觉得这成本有点高，提出了一种批量重刻名的方法，他让小女不用挂书包了，可以直接在门上刻上自己的名字.

后来，刻名的现象越来越频繁，老王受不了了：算了，这些房间都不能刻名了，只能挂书包

(5).synchorized优化原理_轻量级锁 (解决防盗锁)

轻量级锁的使用场景：如果一个对象虽然有多线程要加锁，但加锁的时间是错开的（也就是没有竞争），那么可以使用轻量级锁来优化。

轻量级锁对使用者是透明的，即语法仍然是 synchronized

假设有两个方法同步块，利用同一个对象加锁

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/2 16:17* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: ExerciseSell* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.sell")
public class ExerciseTransfer {static final Object obj = new Object();public static void method1() {synchronized (obj) {// 同步块 Amethod2();}}public static void method2() {synchronized (obj) {// 同步块 B}}
}

• 创建锁记录（ Lock Record ）对象 JVM层面的，每个线程的栈帧都会包含一个锁记录的结构，内部可以存储锁定对象的 Mark Word 。

• 让锁记录中 Object reference 指向锁对象，并尝试用 cas 替换 Object 的 Mark Word，将 Mark Word 的值存入锁记录。

• 如果 cas 替换成功，对象头中存储了 锁记录地址和状态 00 ，表示由该线程给对象加锁，这时图示如下

• 如果 cas 失败，有两种失败情况

  • 如果是其它线程已经持有了该 Object 的轻量级锁 也就是(00)，这时表明有竞争，进入锁膨胀过程。
  • 如果是 自己执行了 synchronized 锁重入(锁中套锁)，那么再添加一条 Lock Record 作为重入的计数。

• 当退出 synchronized 代码块（解锁时）如果有取值为 null 的锁记录，表示有重入。这时重置锁记录，表示重入计数减一；也就是恢复。
  
• 当退出 synchronized 代码块（解锁时）锁记录的值不为 null，这时使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头 原本是01，就恢复成01。
  • 成功，则解锁成功。
  • 失败，说明轻量级锁进行了锁膨胀或已经升级为重量级锁，进入重量级锁解锁流程。

总结: 轻量级锁实质上就是交换对象头中的 Mark Word 的操作。

(6).synchorized优化原理_锁膨胀

如果在尝试加轻量级锁的过程中，CAS 操作无法成功，这时一种情况就是有其它线程为此对象加上了轻量级锁（有竞争），这时需要进行锁膨胀，将轻量级锁变为重量级锁。

static Object obj = new Object();public static void method1() {synchronized( obj ) {// 同步块}
}

• 当 Thread-1 进行轻量级加锁时，Thread-0 已经对该对象加了轻量级锁。

• 这时 Thread-1 加轻量级锁失败，进入锁膨胀流程
  • 即为 Object 对象申请 Monitor 锁，让 Object 指向重量级锁地址 (10)。
  • 然后自己进入 Monitor 的 EntryList BLOCKED (阻塞队列)

• 当 Thread-0 退出同步块解锁时，使用 cas 将 Mark Word 的值恢复给对象头，会出现失败(因为在恢复前Thread -1就让object成为01了)。这时会进入重量级解锁流程，即按照 Monitor 地址找到 Monitor 对象，设置 Owner 为 null，唤醒 EntryList 中 BLOCKED 线程。
  

(7).synchorized优化原理_自旋锁

重量级锁竞争的时候，还可以使用自旋来进行优化，如果当前线程自旋成功（即这时候持锁线程已经退出了同步块，释放了锁），这时当前线程就可以避免阻塞。

1. 自旋重试成功的情况

避免了进入阻塞队列的操作，一直在自旋。

2. 自旋重试失败的情况

也就是说线程2一直在自旋但是线程一一直不释放锁，最终自旋失败只能进入阻塞队列中去。

• 自旋会占用 CPU 时间，单核 CPU 自旋就是浪费，多核 CPU 自旋才能发挥优势。
• 在 Java 6 之后自旋锁是自适应的，比如对象刚刚的一次自旋操作成功过，那么认为这次自旋成功的可能性会高，就多自旋几次；反之，就少自旋甚至不自旋，总之，比较智能。
• Java 7 之后不能控制是否开启自旋功能

(8).synchorized优化原理_偏向锁 (解决书包翻书)

轻量级锁在没有竞争时（就自己这个线程），每次重入仍然需要执行 CAS 操作。

Java 6 中引入了偏向锁来做进一步优化：只有第一次使用 CAS 将线程 ID 设置到对象的 Mark Word 头，之后发现这个线程 ID 是自己的就表示没有竞争，不用重新 CAS。以后只要不发生竞争，这个对象就归该线程所有。

列如:

重复加锁，每次锁重入的时候都要进行锁重入CAS的操作

    static final Object obj = new Object();public static void m1() {synchronized (obj) {// 同步块 Am2();}}public static void m2() {synchronized (obj) {// 同步块 Bm3();}}public static void m3() {synchronized (obj) { // 同步块 C}}

(9).偏向锁细讲_状态

回忆一下对象头格式

|-------------------------------------------------------|--------------------|
| Mark Word (32 bits) | State |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| hashcode:25 | age:4 | biased_lock:0 (没有启用偏向锁 🔰) | 01 | Normal (正常状态🔰) |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| thread:23 (线程id) | epoch:2  | age:4 | biased_lock:1 (启用偏向锁 🔰) | 01 | Biased (偏向锁状态) |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_lock_record:30 | 00 | Lightweight Locked (轻量级锁🔰)|
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| ptr_to_heavyweight_monitor:30 | 10 | Heavyweight Locked (重量级锁🔰) |
|-------------------------------------------------------|--------------------|
| | 11 | Marked for GC |
|-------------------------------------------------------|--------------------|

一个对象创建时：

• 如果开启了 偏向锁（默认开启101），那么对象创建后，markword 值为 0x05 即最后 3 位为 101，这时它的 thread、epoch、age 都为 0。

• 偏向锁是默认是延迟(默认两秒) 的，不会在程序启动时立即生效，如果想避免延迟，可以加 VM 参数- XX:BiasedLockingStartupDelay=0 来禁用延迟。
  
  

• 如果没有开启偏向锁，那么对象创建后，markword 值为 0x01 即最后 3 位为 001，这时它的 hashcode、age 都为 0，第一次用到 hashcode 时才会赋值。

1. 正常情况下: 我们不能查看消息头

1.我们需要先导入依赖

        <dependency><groupId>org.openjdk.jol</groupId><artifactId>jol-core</artifactId><version>0.10</version></dependency>

2.测试如下

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/3 11:41* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: TestBiased* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class TestBiased {public static void main(String[] args) {// 使用jol-core的包获取整个消息头的信息System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintable());try {Thread.sleep(4000);  // 因为偏向锁具有延迟性，所以我们先延迟四秒再看} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 使用jol-core的包获取整个消息头的信息System.out.println(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintable());}
}class Dog {
}

2. 测试加锁前后: 我们对虚拟机参数做了修改

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/3 11:41* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: TestBiased* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class TestBiased {public static void main(String[] args) {// 使用jol-core的包获取整个消息头的信息Dog d = new Dog();System.out.println("加锁前: ");System.out.println(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());synchronized (d){System.out.println("加锁时: ");System.out.println(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}System.out.println("解锁后: ");System.out.println(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}
}class Dog {
}

注意: 处于偏向锁的对象解锁后，线程 id 仍存储于对象头中

3. 测试禁用

在上面测试代码运行时在添加 VM 参数 -XX:-UseBiasedLocking 禁用偏向锁。

优先级: 有偏向锁优先偏向锁，否则第二就是轻量级锁
输出

11:13:10.018 c.TestBiased [t1] - synchronized 前 (正常状态)
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 中 (轻量级锁)
00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 00010100 11110011 10001000 
11:13:10.021 c.TestBiased [t1] - synchronized 后
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001

4. 测试 hashCode

• 正常状态对象一开始是没有 hashCode 的，第一次调用才生成。

(10).撤销偏向锁 - 调用对象 hashCode

调用了对象的 hashCode，但偏向锁的对象 MarkWord 中存储的是线程 id，如果调用 hashCode 会导致偏向锁被撤销.

• 轻量级锁会在锁记录中记录 hashCode
• 重量级锁会在 Monitor 中记录 hashCode

在调用 hashCode 后使用偏向锁，记得去掉 -XX:-UseBiasedLocking

11:22:10.386 c.TestBiased [main] - 调用 hashCode:1778535015 
11:22:10.391 c.TestBiased [t1] - synchronized 前 (正常锁)
00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001 
11:22:10.393 c.TestBiased [t1] - synchronized 中 (轻量级锁)
00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 11000011 11110011 01101000 
11:22:10.393 c.TestBiased [t1] - synchronized 后 (正常锁)
00000000 00000000 00000000 01101010 00000010 01001010 01100111 00000001

使用hashCode之后,偏向锁会失效。

(11).撤销偏向锁 - 其它线程使用对象

当有其它线程使用偏向锁对象时，会将偏向锁升级为轻量级锁。
加等待的主要原因是先不存在竞争让线程1解锁之后，再进行唤醒线程2.

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/3 11:41* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: TestBiased* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class TestBiased {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test2();}private static void test2() throws InterruptedException {Dog d = new Dog();Thread t1 = new Thread(() -> {synchronized (d) {  //这里加的时偏向锁log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}synchronized (TestBiased.class) {TestBiased.class.notify();  // 在这里等待唤醒}}, "t1");t1.start();Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (TestBiased.class) {try {TestBiased.class.wait();   // 在这里进行等待} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());synchronized (d) {log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}, "t2");t2.start();}
}class Dog {
}

[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 01000001 00010000 00000101 (偏向锁)
[t2] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 01000001 00010000 00000101 (偏向锁)
[t2] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 10110101 11110000 01000000 (轻量级锁)
[t2] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 (正常锁)

(12).撤销偏向锁 - 调用 wait/notify

会造成 偏向级锁转换为重量级锁

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Dog d = new Dog();Thread t1 = new Thread(() -> {log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));synchronized (d) {log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));try {d.wait();  //调用睡眠} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug(ClassLayout.parseInstance(d).toPrintableSimple(true));}}, "t1");t1.start();new Thread(() -> {try {Thread.sleep(6000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (d) {log.debug("notify");d.notify();  // 调用唤醒}}, "t2").start();}

[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101 偏向锁
[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 10110011 11111000 00000101 偏向锁
[t2] - notify  重量级锁
[t1] - 00000000 00000000 00000000 00000000 00011100 11010100 00001101 11001010 

(13).批量偏向锁 - 批量对象

对象虽然被多个线程访问，但没有竞争，这时偏向了线程 T1 的对象仍有机会重新偏向 T2，重偏向会重置对象的 Thread ID。

当撤销偏向锁阈值超过 20 次后，jvm 会这样觉得，我是不是偏向错了呢，于是会在给这些对象加锁时重新偏向至加锁线程。

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;import java.util.Vector;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/3 11:41* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: TestBiased* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class TestBiased {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test3();}private static void test3() throws InterruptedException {Vector<Dog> list = new Vector<>();Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 30; i++) {Dog d = new Dog();list.add(d);// 将30个偏向锁偏向t1synchronized (d) {log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}}synchronized (list) {list.notify();  // 最后唤醒 t2}}, "t1");t1.start();Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (list) {try {list.wait();   // 存在这个撤销锁} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}log.debug("===============> ");for (int i = 0; i < 30; i++) {Dog d = list.get(i);log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());// 将锁偏向给t2,t1的偏向锁相当于全部撤销synchronized (d) {log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}}, "t2");t2.start();}
}class Dog {}

[t1] - 0 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 1 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 2 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 3 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 4 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 5 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 6 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 7 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 8 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 9 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 10 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 11 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 12 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 13 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 14 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 15 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 16 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 17 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 18 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 19 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 20 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 21 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 22 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 23 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 24 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t1] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - ===============> 以上偏向于t1 ⭐
[t2] - 0 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 0 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 0 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
[t2] - 1 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 1 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 1 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
[t2] - 2 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 2 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 2 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
[t2] - 3 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 3 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 3 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
[t2] - 4 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 4 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 4 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
[t2] - 5 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 5 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 5 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
[t2] - 6 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 6 00000000 00000000 00000000 00000000 00100000 01011000 11110111 00000000 
[t2] - 6 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 
======>以上经过20论反复反复撤销，达到20的阈值就会出现重现偏移锁 ⭐
[t2] - 7 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101
[t2] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 25 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 26 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 27 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 28 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11100000 00000101 
[t2] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101 
[t2] - 29 00000000 00000000 00000000 00000000 00011111 11110011 11110001 00000101

(14).批量撤销锁 - 批量对象

当撤销偏向锁阈值超过 40次后，jvm 会这样觉得，自己确实偏向错了，根本就不该偏向。于是整个类的所有对象都会变为不可偏向的，新建的对象也是不可偏向的。

package com.jsxs.utils;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/3 11:41* @PackageName:com.jsxs.utils* @ClassName: TestBiased* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class TestBiased {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test4();}static Thread t1, t2, t3;private static void test4() throws InterruptedException {Vector<Dog> list = new Vector<>();int loopNumber = 39;// 线程1循环39次，加 39个线程偏向锁t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {Dog d = new Dog();list.add(d);synchronized (d) {log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}}LockSupport.unpark(t2);}, "t1");t1.start();// 线程2会发生批量重偏向(前20个撤销) 20~39进行批量重偏向 ⭐t2 = new Thread(() -> {LockSupport.park(); // 等待log.debug("===============> ");for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {Dog d = list.get(i);log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());synchronized (d) {log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}LockSupport.unpark(t3);}, "t2");t2.start();//  这里会继续撤销20个重偏向锁。⭐t3 = new Thread(() -> {LockSupport.park();  // 等待log.debug("===============>3 ");for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {Dog d = list.get(i);log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());synchronized (d) {log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}log.debug(i + "\t" + ClassLayout.parseInstance(d).toPrintable());}}, "t3");t3.start();t3.join();// 第41个偏向锁.log.debug(ClassLayout.parseInstance(new Dog()).toPrintable()); // 我们再打印不应该是偏向锁了。应该是01重量级}
}class Dog {}

(15).锁消除

锁消除:

package com.jsxs.sample;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/9/29 13:45* @PackageName:com.jsxs.sample* @ClassName: MyBenchmark* @Description: TODO* @Version 1.0*/import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;
import org.openjdk.jmh.annotations.BenchmarkMode;
import org.openjdk.jmh.annotations.Fork;
import org.openjdk.jmh.annotations.Measurement;
import org.openjdk.jmh.annotations.Mode;
import org.openjdk.jmh.annotations.Warmup;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;@Fork(1)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Warmup(iterations = 3, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
public class MyBenchmark {static int x = 0;@Benchmarkpublic void a() throws Exception {x++;  // 不加锁进行 ++}@Benchmarkpublic void b() throws Exception {Object object= new Object();  // 局部变量objectsynchronized (o) {  // 加锁后进行  ++x++;}}public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder().include(MyBenchmark.class.getSimpleName()).forks(1).build();new Runner(opt).run();}}

我们发现加锁和不加锁相差不大! 主要原因是因为JVM进行了优化加锁，

JIT: 会对我们的字节码进行即时编译进行优化,因为分析道局部变量object逃离不掉作用于的范围，也就是说是私有的，所以加锁会没有任何意义，所以JIT会给我们优化掉。

-XX:-EliminateLocks 关掉JIT即时编译功能

(15).锁粗化

对相同对象多次加锁，导致线程发生多次重入，可以使用锁粗化方式来优化，这不同于之前讲的细分锁的粒度。