Java併發程式設計實踐——讀書筆記(一)

阿新 • • 發佈：2020-07-21

Java併發程式設計實踐——讀書筆記(一)

《Java Concurrency in Practice》第一部分的閱讀總結

關鍵字：併發、鎖、執行緒安全、共享物件、併發容器、訊號量

第一章

執行緒的風險
- 競爭場景（race condition）
  
  多個執行緒併發地對共享資料進行操作
- 活躍度失敗（liveness failure）（程式無法繼續執行或退出）
  
  如果安全意味著”什麼壞事都沒有發生“，那麼活躍度關注的則是”好事最終發生了“
- 效能危險（performance）
  
  ...,執行緒仍然會給執行時帶來一定程度的開銷。上下文切換(Context switches) ,...,這在多個執行緒組成的應用程式中是很頻繁的，並且帶來巨大的系統開銷。...,CPU的時間會花費在對執行緒的排程上而不是在執行上。

第二章

執行緒的安全性

正確性意味著一個類與它的規約保持一致。良好的規約定義了用於強制物件狀態的不變約束(invariants)以及描述操作影響的後驗條件(postcoditions)

一個類是執行緒安全的，是指在被多個執行緒訪問時，類可以持續進行正確的行為
原子性

假設有操作A和B，如果從執行A的執行緒的角度看，當其他執行緒執行B的時候，耀目B全部執行完成，要麼一點都沒執行，這樣A和B互為原子操作
- Java.uitl.concurrent.atomic包中包括了原子變數類(atomic variable),這些類實現了數字和物件引用的原子轉換（該物件的操作都是原子的）
  - AtomicLong(基本型別對應的原子物件)
  - AtomicReference<V>(一些物件引用對應的原子物件)
- 複合操作——”讀-改-寫“和”檢查再執行“
  - 這是兩類常見的看似原子，但是卻不是原子的操作。讀改寫對應賦值語句，檢查再執行對應條件判斷
鎖
- 內部鎖
  - synchronized(鎖物件的引用，鎖程式碼塊)
  - 方法級別的synchronized，鎖物件是方法的呼叫者。靜態方法的synchronized,鎖物件是對應的呼叫者物件的class物件
  - 內部鎖是一種互斥鎖，至多隻有一個執行緒可以擁有鎖，但是內部鎖是可重入的。
- 重進入(Reentrancy)
  
  執行緒在試圖獲得它自己佔優的鎖的時候，如果請求成功，那麼該鎖是可重入的。
鎖對狀態的保護

對於每個可被多個執行緒訪問的可變狀態變數，如果所有訪問它的執行緒在執行時都佔有同一個鎖，這種情況下，我們稱這個變數是由這個鎖保護的
- 內部鎖只能確保一件事，一個執行緒獲得物件的鎖之後，將阻塞其他執行緒獲得這個鎖
- Vector 和Hashtable
  - 通過使用物件的內部鎖(synchronized關鍵字)來封裝所有的可變狀態
對於每一個涉及多個變數的不變約束，需要同一個鎖保護其他所有的變數

第三章

可見性（defined)

在沒有同步的情況下，編譯器、處理器，執行時安排操作的執行順序可能完全出入意料。在沒有進行適當同步的多執行緒程式中，嘗試推斷那些”必然"發生在記憶體中的動作，你總會判斷錯誤。

可見性保證了，記憶體中的值是已定義的（也就是能夠判斷出來的），可能聽著還是有些抽象。舉個例子，多個執行緒對一個64位的long long變數進行值的修改，那麼可能執行緒A正在修改變數的高32位地址，而執行緒B在修改變數的低32位地址，這樣最後的產生的值就是undefined,也就是無法判斷的。
- 可見性比並發的要求弱, 意味著資料可能過期
- Volatile
  - 輕量級的同步機制
  - 只保證了對應變數引用的記憶體是“可見的”，不保證資料同步。
    - 從主存讀，並且寫入記憶體。（不存在cpu暫存器中，效能損失）
- 鎖不僅僅是關於同步與互斥的，也是關於記憶體可見的。為了保證所有執行緒都能夠看到共享的、可變變數的最新值，讀取和寫入執行緒必須使用公共的鎖進行同步
物件的釋出與逸出（publishing & escape）
- 釋出：使它能夠被當前範圍之外的程式碼所使用
  - 將物件的引用儲存到公共靜態域中
  - 從非私有方法中返回引用
  - 釋出一個物件，同樣也釋出了該物件所有非私有域所引用的物件
- 逸出：未經計劃的釋出
執行緒封閉
- 區域性變數
- ThreadLocal類
  
  ThreadLocal允許你將每個執行緒與持有數值的物件關聯在一起。ThreadLocal提供了get和set訪問器，為每個使用它的執行緒維護一份單獨的拷貝。所以get總是返回由當前執行執行緒通過set設定的最新值。
  
  本質是全域性設定一個容器，通過判斷currentThread，然後存入容器中來實現。
- 單一執行緒對Volatile變數進行寫操作。
不可變性（不可變物件）
- 不可變物件：只有訪問器方法，可變狀態被封裝
- 不可變物件永遠是執行緒安全的（可變物件的final引用，不叫不可變）

第五章

同步容器
- Vector和Hashtable
- Collections.synchronizedXxx(Xxx xxx)方法建立的同系列，如:
```
List t = Collections.synchronizedList(new ArrayList()) ;
```
- 不要輕易使用/隱藏使用同步容器的toString方法，由於被synchronized關鍵字修飾，序列，所以可能非常耗時。
併發容器

同步容器通過對容器的所有狀態進行序列訪問，從而實現了它們的執行緒安全。這樣做的代價是削弱了併發性。併發容器就是在此基礎上進行了設計，犧牲了部分的同步性來換取併發效能。
- Queue
  - BlockingQueue
    - LinkedBlockingQueue
    - ArrayBlockingQueue
    - PriorityBlockingQueue
    - SynchronousQueue
  - ConcurrentLinkedQueue
  - Deque
    - ArrayDeque
    - LinkedBlockingDeque
- Map
  - ConcurrentHashMap—— Hashtable/ synchronizedMap
  - ConcurrentSkipListMap ——synchronizedSortedMap
- Set
  - ConcurrentSkipListSet —— synchronizedSortedSet
- List
  - CopyOnWriteArrayList —— synchronizedList
    - 讀不同步，寫同步
阻塞佇列(Blocking Queue) & 生產者-消費者模式
- 阻塞佇列天然支援生產者-消費者模式
- Deque與竊取模式
Synchronizer(同步器)
- latch(閉鎖)
  - 同步開始與結束
- semaphore(訊號量)
  - 實現阻塞佇列
- barrier(關卡)
  - cycle