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并发编程JUC（下）

作者：互联网

16、JMM

Volatile的理解

Volatile 是 Java 虚拟机提供 轻量级的同步机制（与synchronized差不多，但是没有它强大）

1、保证可见性

2、不保证原子性

3、禁止指令重排

什么是JMM

JMM：Java内存模型，不存在的东西，是一种概念、约定！

关于JMM的一些同步约定：

线程 工作内存、主内存

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read、write操作在某些平台上允许例外）

存在问题：
在这里插入图片描述

所以JMM对这8种操作给了相应的规定：

问题：程序不知道主存的值已经被修改过了，而是线程一直运行下去不会停止：

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-24 15:15
 */
public class JMMDemo {
    private static Integer number = 0;
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            while (number == 0){

            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        number = 1;
        System.out.println(number);
    }
}

在这里插入图片描述

17、Volatile

1、保证可见性

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-24 15:15
 */
public class JMMDemo {
    // 如果不加volatile 程序会死循环
    // 加了volatile是可以保证可见性的
    private volatile static Integer number = 0;

    public static void main(String[] args) {
        
        new Thread(() -> { // 线程1 对主内存的变化不知道的
            while (number == 0){

            }
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        number = 1;
        System.out.println(number);
    }
}

2、不保证原子性

原子性：不可分割

线程A在执行任务的时候，不能被打扰，也不能被分割，要么同时成功，要么同时失败。

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-24 15:30
 */
//测试不保证原子性
public class VDemo02 {
    
    //volatile 不保证原子性
    private volatile static int num = 0;

    public static void add(){
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num为20000
        for(int i = 1;i<=20;i++){
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        while (Thread.activeCount() > 2){ // main gc 默认两个线程
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);
    }
}

在这里插入图片描述

num++底层（非原子性操作）：

在这里插入图片描述

如果不加synchronized和lock，怎样保证原子性

3、禁止指令重排

什么是指令重排？

我们写的程序，计算机并不是按照我们自己写的那样去执行的

源代码–>编译器优化重排–>指令并行也可能会重排–>内存系统也会重排–>执行

处理器在进行指令重排的时候，会考虑数据之间的依赖性！

例如：

int x=1; //1
int y=2; //2
x=x+5;   //3
y=x*x;   //4

//我们期望的执行顺序是 1_2_3_4  可能执行的顺序会变成2134 1324
//可不可能是 4123？ 不可能的 因为结果改变了

可能造成的影响结果：其中a b x y这四个值 默认都是0

线程A线程B
x=ay=b
b=1a=2

正常的结果： x = 0、y =0；但是可能由于指令重排出现以下执行顺序

线程A线程B
b=1a=2
x=ay=b

指令重排可能会出现结果：x=2; y=1

原理探究

volatile可以避免指令重排，volatile中会加一道内存的屏障，这个内存屏障可以保证在这个屏障中的指令顺序

内存屏障：CPU指令。作用：

1、保证特定的操作的执行顺序；

2、可以保证某些变量的内存可见性（利用这些特性，就可以保证volatile实现的可见性）

在这里插入图片描述

小结

内存屏障用得最多是单例模式

18、彻底玩转单例模式

饿汉式单例模式

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-25 16:13
 */
// 饿汉式单例
public class Hungry {

    //可能会浪费空间
    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
    
    // 构造器私有化
    private Hungry(){}

    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();

    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }
}

DCL懒汉式单例模式

静态内部类

//静态内部类
public class Holder {
    private Holder(){

    }
    public static Holder getInstance(){
        return InnerClass.holder;
    }
    public static class InnerClass{
        private static final Holder holder = new Holder();
    }
}

单例不安全（因为反射）

尝试通过反射，破坏枚举类的单例模式

  1. 正常取枚举类中的对象，确实是单例模式

    /**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 15:10
 */
public enum EnumSingle {
    INSTANCE;

    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

class Test{
    public static void main(String[] args) {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        EnumSingle instance2 = EnumSingle.INSTANCE;
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

    在这里插入图片描述

  2. 通过查看枚举类编译的class文件，可以看到一个无参构造器

    package cn.cvzhanshi.single;

public enum EnumSingle {
    INSTANCE;

    private EnumSingle() {
    }

    public EnumSingle getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

  3. 通过反射调用构造器构造对象，破坏单例

    /**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 15:10
 */
public enum EnumSingle {
    INSTANCE;

    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

class Test{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

    结果不尽人意，报错没有空参构造器

    在这里插入图片描述
    对class文件进行反编译查看代码，发现也有空参构造器

    在这里插入图片描述

    我们使用更专业的反编译工具jad.exe，查看源代码可知他是有参构造器

    结论：idea骗了我们

    public final class EnumSingle extends Enum
{

    public static EnumSingle[] values()
    {
        return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
    }

    public static EnumSingle valueOf(String name)
    {
        return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/ogj/single/EnumSingle, name);
    }

    private EnumSingle(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }

    public EnumSingle getInstance()
    {
        return INSTANCE;
    }

    public static final EnumSingle INSTANCE;
    private static final EnumSingle $VALUES[];

    static 
    {
        INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
        $VALUES = (new EnumSingle[] {
            INSTANCE
        });
    }
}

  4. 得知原因后继续通过反射通过构造器构造对象，破坏单例

    ....
class Test{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}
...//省略的代码和上面一样

    通过结果，我们得知枚举确实不能通过反射去改变单例模式

    在这里插入图片描述

19、深入理解CAS

什么是CAS

CAS：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么执行操作，如果不是就一直循环（自旋锁）

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 15:43
 */
public class CASDemo {

    // CAS compareAndSet : 比较并交换
    public static void main(String[] args) {

        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2021);
        // expect 期望、update 更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        // 方法作用：如果原数据与期望的值相同就更新，否则就不更新   CAS 是CPU的并发原语（计算机层面的）
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

在这里插入图片描述

Unsafe类

在这里插入图片描述

Unsafe类执行+1操作的底层

在这里插入图片描述

总结：

​ CAS：比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么执行操作，如果不是就一直循环（自旋锁）

缺点：

CAS：ABA问题（狸猫换太子）

图解：

在这里插入图片描述

线程A虽然拿到了期望的值，但是这个期望的值已经不是最开始的值了，是B修改过的值

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 15:43
 */
public class CASDemo {

    // CAS compareAndSet : 比较并交换
    public static void main(String[] args) {

        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2021);
        // expect 期望、update 更新
        // public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
        // 方法作用：如果原数据与期望的值相同就更新，否则就不更新   CAS 是CPU的并发原语（计算机层面的）

        // ===============捣乱的线程===============
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
        System.out.println(atomicInteger.get());

        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
        System.out.println(atomicInteger.get());

        // ===============期望的线程===============
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 6666));
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

在这里插入图片描述

20、原子引用

带版本号的原子操作

解决ABA问题，对应的思想：就是使用了乐观锁~

代码示例：

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 17:21
 */
// 测试原子引用
public class CASDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(2020, 1);

        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); //获取版本号
            System.out.println("a1=>"+ stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2020,
                    2022,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a2=>"+ atomicStampedReference.getStamp());

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2022,
                    2020,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>"+ atomicStampedReference.getStamp());

        },"A").start();

        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); //获取版本号
            System.out.println("b1=>"+ stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2020,
                    6666,
                    stamp,
                    stamp + 1));
            System.out.println("b2=>"+ atomicStampedReference.getStamp());
        },"B").start();
    }
}

运行结果：是错误的

在这里插入图片描述

错误原因：Integer使用了对象缓存机制，默认范围是-128 ~ 127 ， 推荐使用静态工厂方法valueOf获取对象实例，而不是new，因
**为valueOf使用缓存，而new 一定会创建新的对象分配新的内存空间；**代码中我们用的数太大，导致原子引用的不是同一个对象，所以修改不成功。

阿里巴巴开发手册：
在这里插入图片描述

解决方案：把数字改小（一搬在生产中不用使用包装类做泛型，用自定义对象如：User）

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 17:21
 */
// 测试原子引用
public class CASDemo02 {
    public static void main(String[] args) {

        // AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，应该注意对象的引用问题
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);
        // CAS compareAndSet:比较并交换
        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); //获取版本号
            System.out.println("a1=>"+ stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1,
                    2,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a2=>"+ atomicStampedReference.getStamp());

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2,
                    1,
                    atomicStampedReference.getStamp(),
                    atomicStampedReference.getStamp() + 1));
            System.out.println("a3=>"+ atomicStampedReference.getStamp());

        },"A").start();

        new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); //获取版本号
            System.out.println("b1=>"+ stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1,
                    6666,
                    stamp,
                    stamp + 1));
            System.out.println("b2=>"+ atomicStampedReference.getStamp());
        },"B").start();
    }
}

在这里插入图片描述

21、各种锁的理解

21.1 公平锁、非公平锁

公平锁：非常公平，不能够插队，必须先来后到

非公平锁：非常不公平，可以插队（默认是非公平锁）

// 默认非公平锁
public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}
// 根据传入的参数 改变
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

21.2 可重入锁

可重入锁（递归锁）

在这里插入图片描述

Synchronized版

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 17:56
 */
// Synchronized
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }
}

class Phone{
    public synchronized void sms(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> sms");
        call();//这里也有一把锁
    }
    public synchronized void call(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> call");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这里插入图片描述

lock版

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 17:56
 */
// Synchronized
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Phone2 phone = new Phone2();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"A").start();
        new Thread(()->{
            phone.sms();
        },"B").start();
    }

}

class Phone2{
    Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sms(){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> sms");
            call();//这里也有一把锁
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void call(){
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=> call");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

同理需要A把两把锁都释放了B才能拿到锁

在这里插入图片描述

小结

细节问题：

​ lock锁必须配对，否则就会死在里面

​ 在这里插入图片描述

lock版和Synchronied版的区别：

21.3 自旋锁

使用自旋锁自定义锁

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 20:10
 */
public class SpinlockDemo {
	
    // 泛型为Thread 默认值为null
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    // 加锁
    public void myLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myLock");

        // 自旋锁
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){

        }
    }
    
    // 解锁
    public void myUnLock(){
        Thread thread=Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName()+"===> myUnlock");
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
    }
}

测试

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 20:19
 */
public class TestSpinLock {
    public static void main(String[] args) {
        SpinlockDemo lock = new SpinlockDemo();

        new Thread(() -> {
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        },"T1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            lock.myLock();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.myUnLock();
            }
        },"T2").start();
    }
}

运行结果：

在这里插入图片描述

T2一定要等T1释放了锁才能拿到且释放锁，在这之前进行自旋等待

21.4 死锁

死锁是什么

在这里插入图片描述

死锁测试

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-09-26 20:34
 */
public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String lockA= "lockA";
        String lockB= "lockB";

        new Thread(new MyThread(lockA,lockB),"t1").start();
        new Thread(new MyThread(lockB,lockA),"t2").start();
    }
}

class MyThread implements Runnable{

    private String lockA;
    private String lockB;

    public MyThread(String lockA, String lockB) {
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (lockA){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" lock"+lockA+"===>get"+lockB);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockB){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" lock"+lockB+"===>get"+lockA);
            }
        }
    }
}

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死锁排查，解决问题

  1. 使用jsp -l定位进程号

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  2. 使用jstack 进程号查看堆栈信息找到死锁

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标签：JUC,编程,System,LazyMan,并发,println,new,public,out
来源： https://blog.csdn.net/qq_45408390/article/details/120502412