關於JAVA高併發相關學習
參考書籍：《實戰JAVA高併發程式設計》本文僅用於自己參考
一、概念
- 同步（Synchronous）和非同步（Asynchronous）
- 併發（Concurrency）和並行（Parallelism）
- 臨界區
臨界區用來表示一種公共資源或者說是共享資料，可以被多個執行緒使用。但是每一次，只能有一個執行緒使用它，一旦臨界區資源被佔用，其他執行緒想要使用這個資源就必須等待。 - 阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）
- 死鎖（DeadLock）、飢餓（Starvation）和活鎖（Livelock）
死鎖就是多個執行緒之間，相互佔用對方需要的資源而都不進行釋放，導致彼此之間相互等待對方釋放資源，產生無限制等待的現象。
二、Java並行程式基礎
1、執行緒就是輕量級的程序，是程式執行的最小單位，使用多執行緒而不是用多執行緒去進行兵法程式的設計，是因為執行緒間的切換和排程的成本遠遠小於程序。
2、wait（）和notify（）的工作流程細節
3、volatile與java記憶體模型
java記憶體模型具有原子性、有序性、可見性。
通過關鍵字volatile來修飾的變數為共享變數，有不斷被修改的風險。
4、synchronized
關鍵字synchronized的作用是實現執行緒間的同步，他的工作是對同步的程式碼加鎖，使得每一次只能有一個執行緒進入同步塊，從而保證執行緒間的安全性。
關鍵字sychronized的用法
- 指定加鎖物件：對給定物件加鎖，進入同步程式碼前要獲得給定物件的鎖
- 直接作用於例項方法：相當於對當前例項加鎖，進入同步程式碼前要獲得當前例項的鎖
- 直接作用於靜態方法：相當於對當前類加鎖，進入同步程式碼前要獲取當前類的鎖
5、ArrayList與Vector
多執行緒情況下，ArrayList會導致程式出錯，因為ArrayList是一個執行緒不安全的容器
使用Vecotr代替ArrayList即可
6、HashMap與ConcurrentHashMap
HashMap同樣不是執行緒安全的
使用ConcurrentHashMap代替HashMap
7、加鎖問題
多執行緒間，對於在變的物件加鎖，會導致對臨界區程式碼控制出現問題。
synchronized加鎖在Integer等變數上，會產生詭異問題，原因是Integer不能改變值，參考valueOf等方法，都是通過new Integer()返回的，所以針對加鎖問題，應該加在同一個物件上。
8、執行緒複用：執行緒池
執行緒池中提供一定數量的執行緒，外部呼叫需要建立線城時，從執行緒池中獲取空閒的執行緒；當外部使用執行緒完成後需要關閉執行緒時，只需要把執行緒放回執行緒池。JDK提供了一套Executor框架對執行緒進行有效的控制。java.util.concurrent包中，是JDK併發包的核心類
三、JDK併發包
java.util.concurrent包中
ConcurrentHashMap：這是一個高效的併發HashMap，是一個執行緒安全的HashMap；
CopyOnWriteArrayList：這是一個List，讀多寫少的場合，這個List效能非常好，遠遠好於Vector；
ConcurrentLinkedQueue：高效的併發佇列，使用連結串列實現，可以看做是執行緒安全的LinkedList；
BlockingQueue：這是一個介面，JDK內部通過連結串列、陣列等方式實現了這個介面，標識阻塞佇列，非常適合用於作為資料共享的通道；
ConcurrentSkipListMap：跳錶的實現，這是一個map，使用跳錶的資料結構進行快速查詢。
1、HashMap
如果需要一個執行緒安全的HashMap，可以通過Collections.synchronizedMap()方法實現，產生一個名為SynchronizedMap的map，它使用託管，將自己所有Map相關的功能交給傳入的hashMap實現，而自己則主要負責保證執行緒安全。
public static Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
一個更加專業的併發HashMap是ConcurrentHashMap，專門為併發進行了效能優化，跟適合多執行緒場景。
2、List
ArrayList 和Vector都是使用陣列作為其內部實現，不同的是，Vector是執行緒安全的。
LinkedList使用連結串列的資料結構實現了List，但也不是執行緒安全的，但可以通過Collections.synchonizedList()方式實現執行緒安全。
3、ConcurrentLinkedQueue
佇列Queue也是常用的資料結構之一，ConcurrentLinkedQueue是用來實現高併發的佇列，使用連結串列資料結構。
4、CopyOnWriteArrayList
很多場景中，讀操作可能會遠遠大於寫操作，讀操作是安全的，但遇見寫-寫操作或者讀-寫操作時，併發量大的情況下就會有不一致的情況產生。CopyOnWriteArrayList類讀取是完全不加鎖的，寫入也不會阻塞讀取操作，只有寫入-寫入之間需要同步等待。因為在寫入操作時，會進行一次自我複製。寫完之後，再將複製替換原來的資料，其他執行緒讀取會立刻察覺，因為array變數是volatile型別。
四、並行模式與演算法
1、單例模式：一種建立物件的模式，用於產生一個物件的具體例項。確保系統中一個類只產生一個例項。
好處1：對於頻繁的使用物件，可以省略new操作花費的時間，這對於重量級物件而言，節省了一筆很可觀的開銷。
好處2：由於new操作的減少，對系統記憶體的使用頻率也會降低，這將減輕GC的壓力，縮短GC停頓時間。
不變模型：類似String類、基礎型別的封裝型別，使用final關鍵字對類進行修飾
final修飾屬性，確保屬性只有一次賦值後就永遠不會發生改變；
對class進行修飾，確保了類不會有子類。
2、生產者-消費者模式
核心是共享記憶體快取區，是生產者和消費者之間的橋樑，避免兩者直接通訊，對兩者進行解耦。
3、演算法：
搜尋：二分法
排序：氣泡排序（冒泡迭代排序、奇偶交換排序）、希爾排序 import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class bubbleSort {
//方法一
public static int[] bubbleSort(int[] array) {
Long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = array.length - 1; i > 0; i--) {
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
int temp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = temp;
}
}
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() - begin);
return array;
}
//方法二：【序列】奇偶交換排序exchFlag：記錄當前迭代是否發生了資料交換；start記錄是奇交換還是偶交換
public static int[] oddEventSort(int[] arr) {
Long begin = System.currentTimeMillis();
int exchFlag = 1, start = 0;
while (exchFlag == 1 || start == 1) {
exchFlag = 0;
for (int i = start; i < arr.length - 1; i += 2) {
if (arr[i] > arr[i + 1]) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[i + 1];
arr[i + 1] = temp;
exchFlag = 1;
}
}
if (start == 0) {
start = 1;
} else {
start = 0;
}
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() - begin);
return arr;
}
//希爾排序
public static int[] insertSort(int[] arr){
int length = arr.length ;
int i , j , key ;
for(i = 1 ; i < length ; i++){
key = arr[i];
j = i-1 ;
while (j >= 0 && arr[j] > key){
arr[j + 1] = arr[j];
j-- ;
}
arr[j+1] = key ;
}
return arr ;
}
}