《Java并发编程的艺术》读书笔记
君子谋道不谋食，恍惚半载被忧贫
第一章：并发编程的问题
多线程是为了解决效率问题，尽可能使用处理器资源，同时保持线程共享资源安全。
2. 1. 上下文切换：多个线程之间，频繁的切换，浪费调度资源
2. 死锁：由于死循环或者互斥等造成的线程无法继续进行，永久等待的情况
3. 资源限制的挑战：读入速度大于写入速度
第二章：java并发机制的底层实现和主要工具
- 轻量锁：volatile-单词的意思是不稳定，即告诉处理器此变量不稳定，不能够进行重排序，需要可见性
volatile使用缓存一致性来保持安全，即线程内存缓存中的变量被修改后，修改立即通知其他的处理器，检查当前变量，修改为最新的数据。同时不能使用重排序；
2.重量级锁：synchronized。修饰方法，代码块；后续synchronized引入的等级锁，在某些情况下，并不是重量级的。完全的线程屏蔽
三种锁的类型：
- 偏向锁：时间发现，大部分情况下，都是同一个线程在反复使用资源。此时如果加锁，会频繁获取和释放锁，这种操作会浪费资源，所以，会出现偏向锁，如果下一次获取的还是当前锁，则直接将锁给予当前线程。否则，有竞争，撤销偏向锁。
- 轻量级锁：当发生线程竞争是，竞争的一方如果没有获取锁，就会采取自旋操作，等待获取，长期获取不到，则升级到重量级锁。锁的等级只能上升，不能下降
- 重量级锁：即synchronized锁-默认偏向锁。
3.原子操作
一个操作内需要全部完成，不能受外界干扰。原子操作是一个集合，一个事物，即一个任务要么执行完全，要么不执行。
第三章：java内存模型
并发的重要数据是指堆中的数据，这里的数据是线程共享的，包括实例域、静态域和数组元素。
1.指令重排序：处理器底层为了计算的优化，会对数据指令进行重新排序，从而降低元素的重复获取，而不影响单线程逻辑。但是在多线程下可能出现问题。
2.顺序一致性：先来的先操作完，后来的等待
3.volatile：即不稳定，告诉处理器内部，操作此元素，不经过缓存，不重排序，直接对内存进行操作。修改后通知其他线程。
4.锁的定义：
5.final
6.happens-before：as-if-serial语义保证单线程内程序的执行结果不被改变，happens-before关系保证正确同
步的多线程程序的执行结果不被改变。
7.双重检查锁定-延迟初始化
8.java内存模型综述
第四章：Java并发编程基础
什么是线程：
线程是操作系统调度的最小单元，是一种轻量级进程。一个进程一般包括多个线程，每一个线程都有自己的计数器、堆栈、局部变量属性。进程中的多线程共享一个内存。
多线程的作用，优势：
* 充分应用多核处理器的性能
* 更快速的响应
线程优先级：
操作系统同时时间片来控制线程的使用和切换，一般包括以下四种：
* 先来先服务
* 最短作业优先
* 最大优先级调度
* 固定时间片轮转
设定优先级可以按照定义的优先级顺序获取锁(尽量)-默认优先级是5
使用方法：
一般而言，优先级的设定是为了防止CPU独占。偏重于计算的优先级低，防止CPU获取不放；偏重于频繁阻塞的线程，优先级高，这样可以快速得到CPU，但是不长久持有，即频率高的。一般是IO操作。
线程的状态：
初始化new：线程实例化。线程调用start方法，启动
运行态：running（包括就绪态课运行状态），线程获得CPU，进行业务操作
阻塞状态：blocked线程未获得锁，进入阻塞队列
等待状态：waiting线程进入等待状态，但是不释放锁，等待通知，或者睡眠醒来或者中断
等待超时：time_waiting
终止状态：terminated线程业务完成
两个命令：
jps：获取当前的java线程
jstack 929：获取线程ID运行信息
1.new实例化
2.调用start方法进入就绪状态，等待系统调度
3.如果获取到系统时间片，即进入运行态running
4.若调用yield-退让，则表示放弃时间片，重新进入就绪状态（注意，也可能会再次获得时间片）
5.若执行wait方法，join方法，LockSuport.Park方法，则会进入等待线程。同时放弃时间片
* wait方法：等待线程，让出时间片；需要notify唤醒，或者notifyAll全部唤醒
* join方法：等待主线程终止之后，才能从当前线程返回
* LockSupport.park泊车，即退出时间片，让出车位。需要调用unpark再次进入就绪
6.wait方法，join方法，LockSuport.Park方法如果带有超时设置参数，会进入等待超时，如果超时，则返回线程，继续后面的步骤，一般用于后续步骤不受等待线程影响时。其中sleep不释放锁，时间超时后重新执行之后的流程。
7.如果当前线程在运行中需要进入某个同步方法，如果未获得锁，则进入阻塞状态，等待获取锁，获取到锁之后，才能继续进行。
8.执行完毕，中止线程
注意等待和阻塞的区别：
等待是当前线程的自我行为，一般是为了等待外界的一个信号，终止当前的线程，如wait放弃时间片等待唤醒和sleep等待一段时间重新运行。lock锁也是等待，因为lock的底层使用的是LockSuppor相关方法
阻塞是当前线程遇到了锁，但是获取不到，导致进不了门而阻塞，主要是synchronized锁。这种状态一般不会释放之前获取的锁。
Daemon线程：
daemon即后台、守护的意思，即后台进程。
* 后台进程不在终端显示
* 后台进程只是一个陪伴进程。即如果没有外部进程存在，后台进程也会死掉。
线程中断：
中断用于获取线程的标志，用来判断线程运行中是否被中断了。
* 通过isInterrupted(判断是否被中断
* 通过静态方法Thread.interrupted()对当前中短线程进行复位
其他详细细节再补
线程中断用于在完成固定任务后自动结束线程。通常需要一个信号变量来标志
过期的suspend()、resume()和stop()
相当于cd机的暂停、开始、重新开始，已舍去
4.3. 线程间通信
volatile和synchronized关键词
volatile意为不稳定的，表示所修饰的变量容易被修改，需要操作系统底层，及时的将变化的数值写入到内存中，而不经过缓存。即达到可见性。同时操作系统对含有当前变量的操作不执行重排序。但是volatile的符合操作并不是原子性的，即读取修改是两个操作，不能一步完成。只能单独的读取，写入。一般用作信号标志，比如flag=ture，这个地方只存在写入，不存在读取；而flag=num，就存在读取和写入：读取num的值，然后写入flag的新值
synchronized是重量级锁，可见性原子性都能保证。可以修饰同步快、方法。实例方法对实例对象加锁，静态方法对类进行加锁，同步块需要自己指定对象。
synchronized同步块的实现使用了monitorenter和monitorexit指令，而同步方法则是依靠方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED来完成的。无论采用哪种方式，其本质是对一个对象的监视器（monitor）进行获取。统一时刻只有一个线程能够获取对象的监视器。
线程对对象进行操作时，首先需要获取对象的监视器，才能对对象进行操作；否则进入同步队列，等待正在使用的线程的exit通知，进而再次尝试获取监视器。
4.3.2. 等待通知机制
等待通知机制类似于生产者消费者模式，一个线程等待另一个线程的通知信息，进而完成后续任务。
以往的生产者消费者模式：生产者生产大米，消费者消费。如果没有通知，消费者每次去厂里买大米时，可能存在一种情况，有时候没有，有时候有，这样的话，消费者需要不间断的定期去查看，资源消耗的。
使用等待通知后：生产者生产了大米，就给消费者打个电话，通知米有了。
java中的等待通知机制主要使用wait和notify
* 使用wait()、notify()和notifyAll()时需要先对调用对象加锁，因为方法需要获取对象的监视器
* notify()或notifyAll()方法调用后，等待线程依旧不会从wait()返回，需要调用notify()或notifAll()的线程释放锁之后，等待线程才有机会从wait()返回。
同步队列：存放阻塞线程
等待队列：存放等待线程
- join方法：等待主线程终止之后才能执行当前线程
- ThreadLocal：线程变量的副本，每个线程单独持有一个变量。一般用于测试当前线程的业务。比如测试单个线程方法的执行时间，需要排除其他线程的干扰，就可以顶一个一个时间变量ThreadLocal
4.4 线程应用实例：
- 等待超时模式：线程超时后，自动返回默认值，继续后续步骤：
应用：数据库连接池
在数据库连接池中，连接线程有限，当线程已满时，会导致后续的线程一直处于获取连接池的状态，系统可能会奔溃。因而，加入超时机制后，超过一定时间会自动返回默认值NULL，让客户端等待再次获取。 - 线程池技术
作用：
* 降低每次创建线程的消耗
* 方便管理
结构：线程队列
第五章：Java中的锁
5.1. lock接口
synchronized是隐式锁，即在底层内化，获取和释放在一个继承中，不需要开发者手动操作。这样也就导致了开发的不便捷，无法提供其它的功能
lock锁，提供显示的加锁和释放锁，因而，可以在加锁后进行其他的处理，比如特殊情况的中断操作，超时返回等。
5.2. 队列同步器AQS
队列同步器AbstractQueuedSynchronizer-抽象队列同步器，是同步组件（ReentrantLock、
ReentrantReadWriteLock和CountDownLatch等）基本构成。
同步器是基于模板模式，其他的同步类通过通过继承同步类，并修改相应的方法来达到相应的同步机制
同步器内部采用一个双向队列，来完成同步状态
同步状态：用于标记是否可以获取锁
同步队列：用于保存被阻塞的线程
一句话概述：
AQS的主要作用是维持了一个线程阻塞的双端队列；对于一个线程，首先尝试获取同步状态，获取即执行，否则：如果队列初始化了，直接将当前线程包装为Node通过CAS加入到队列中(addWaiter方法)；否则进入enq方法-判断队列是否初始化，进行初始化后，重新入队。
然后进入acquireQueued方法，再次尝试获取锁：判断当前节点的前驱是否为头结点，如果是，表明是第一个节点，直接尝试获取同步状态，成功则返回false，禁止selfInterrupt中断调用；否则进入shouldParkAfterFailedAcquire方法，将节点状态设置为SIGNAL，表示需要unpark解除，同时LockSupport.park阻塞线程，然后执行自旋操作。
参照：https://juejin.im/post/5aeb07ab6fb9a07ac36350c8
5.3. 重入锁ReentrantLock
支持可重入的锁，即当前线程可以进一步获取自己的所，相当于递归操作。synchronized也是可重入锁。
可重入锁的实现：
* 判断是否是当前锁
* 多重锁的释放，保持一个计数状态
以非公平锁为例获取同步状态码：
/**
* Performs non-fair tryLock. tryAcquire is implemented in
* subclasses, but both need nonfair try for trylock method.
*/
// 非公平锁的获取：获取同步状态锁
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取同步状态
int c = getState();
// 如果为0，表明没有锁，使用CAS修改同步状态，并将独占锁设置为当前线程
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
// 否则如果独占锁的拥有者就是当前线程，则重入；
// 增加同步状态值，返回true；否则独占锁被其他线程拥有，获取独占锁失败，返回false
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
// 同理释放同步状态锁
// 直接减少同步状态值，直到同步状态为0，返回true；否则false
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
// 公平锁的获取
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
// 唯一的不同是，公平锁的获取，需要检查同步队列是否直接前驱，如果有，则等待；相当于先来先得。
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
5.4. 读写锁ReentrantReadWriteLock
读写锁是一种读写分离的锁，允许多个线程度读，只允许单个线程写。
同步状态的设计：
与可重入锁不同的是，可重入锁只需要维持一个同步状态就可以最为单一状态，但是读写锁，需要两个状态作为符号，为了节约空间或者说为了方便计算。设计者使用了位运算将读状态和写状态统一到一个32位整形中，左16为表示读状态，右16位表示写状态。
读锁即共享锁：share标志
写锁即独占锁：exclusive标志
// 读锁的获取，即获取共享锁
protected final int tryAcquireShared(int unused) {
/*
* Walkthrough:
* 1. If write lock held by another thread, fail.
* 2. Otherwise, this thread is eligible for
* lock wrt state, so ask if it should block
* because of queue policy. If not, try
* to grant by CASing state and updating count.
* Note that step does not check for reentrant
* acquires, which is postponed to full version
* to avoid having to check hold count in
* the more typical non-reentrant case.
* 3. If step 2 fails either because thread
* apparently not eligible or CAS fails or count
* saturated, chain to version with full retry loop.
*/
Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
// 1.计算写锁状态，如果不等于0，且不是当前线程。获取所失败，返回-1
if (exclusiveCount(c) != 0 &&
getExclusiveOwnerThread() != current)
return -1;
// 否则，计算共享锁状态
int r = sharedCount(c);
if (!readerShouldBlock() &&
r < MAX_COUNT &&
// 2.获取读锁
compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
// 3.之后的逻辑是为了获取其他信息，比如读锁的个数等
if (r == 0) {
firstReader = current;
firstReaderHoldCount = 1;
} else if (firstReader == current) {
firstReaderHoldCount++;
} else {
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
cachedHoldCounter = rh = readHolds.get();
else if (rh.count == 0)
readHolds.set(rh);
rh.count++;
}
return 1;
}
//4. 处理在第二步中CAS操作失败的自旋已经实现重入性
return fullTryAcquireShared(current);
}
// 读锁的释放
protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {
// 前面还是为了实现getReadHoldCount等新功能
Thread current = Thread.currentThread();
if (firstReader == current) {
// assert firstReaderHoldCount > 0;
if (firstReaderHoldCount == 1)
firstReader = null;
else
firstReaderHoldCount--;
} else {
HoldCounter rh = cachedHoldCounter;
if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current))
rh = readHolds.get();
int count = rh.count;
if (count <= 1) {
readHolds.remove();
if (count <= 0)
throw unmatchedUnlockException();
}
--rh.count;
}
for (;;) {
int c = getState();
int nextc = c - SHARED_UNIT;
// 直接CAS操作尝试释放锁
if (compareAndSetState(c, nextc))
// Releasing the read lock has no effect on readers,
// but it may allow waiting writers to proceed if
// both read and write locks are now free.
return nextc == 0;
}
}
// 写锁的获取
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
/*
* Walkthrough:
* 1. If read count nonzero or write count nonzero
* and owner is a different thread, fail.
* 2. If count would saturate, fail. (This can only
* happen if count is already nonzero.)
* 3. Otherwise, this thread is eligible for lock if
* it is either a reentrant acquire or
* queue policy allows it. If so, update state
* and set owner.
*/
Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
// 获取写状态
int w = exclusiveCount(c);
if (c != 0) {
// (Note: if c != 0 and w == 0 then shared count != 0)
// 如果读锁被持有或者写锁被其他线程占有
if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread())
return false;
// 如果写状态大于16位存储量，异常
if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// Reentrant acquire
// 当前线程持有写锁，重入
setState(c + acquires);
return true;
}
// 没有锁，直接尝试获取
if (writerShouldBlock() ||
!compareAndSetState(c, c + acquires))
return false;
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 写锁的释放
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 独占锁是否是当前的线程
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 释放锁：减少读状态。如果读状态为0，同时则释放所线程独占；
int nextc = getState() - releases;
boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0;
if (free)
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(nextc);
return free;
}
// 锁降级是指，ReentrantReadWriteLock支持在一个线程中，可以在获取读取的前提下，再次获取写锁，而不需要释放写锁
//示例如下：
void processCachedData() {
rwl.readLock().lock();
if (!cacheValid) {
// Must release read lock before acquiring write lock
rwl.readLock().unlock();
rwl.writeLock().lock();
try {
// Recheck state because another thread might have
// acquired write lock and changed state before we did.
if (!cacheValid) {
data = ...
cacheValid = true;
}
// Downgrade by acquiring read lock before releasing write lock
rwl.readLock().lock();
} finally {
rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read
}
}
try {
use(data);
} finally {
rwl.readLock().unlock();
}
}
}
5.5. LockSupport工具
LockSupport工具提供基本的线程阻塞和唤醒功能，AQS的等待通知机制就是使用的这个方法。
与wait方法不同的是，wait方法是object的方法，每次调用都需要释放锁，因而需要在synchronized中使用。
LockSupport工具主要提供两个重要的方法用于阻塞和唤醒线程：
park()：停车；park的底层使用的是本地方法，具体的逻辑是，每次调用需要获取一个“许可”信息，成功设置为0。
unpark()：启动离开；直接修改“许可”信息为1，如果之前的值为0，表明有线程获取了它，需要调用pthread_cond_signal唤醒之前park的线程
其他park方法，
park(Object blocker)：其中参数blocker是用来标识当前线程在等待的对象（以下称为阻塞对象），该对象主要用于问题排查和系统监控。
parkNanos(long nanos) ：阻塞当前线程多少时间
parkNanos(Object blocker, long nanos)
parkUntil(long deadline)：阻塞线程直到什么时候
parkUntil(Object blocker, long deadline)
5.6. Condition接口
监视器monitor方法：任意一个Java对象，都拥有一组监视器方法（定义在java.lang.Object上），主要包括wait()、wait(long timeout)、notify()以及notifyAll()方法，这些方法与synchronized同步关键字配合，可以实现等待/通知模式
Condition接口也提供了类似Object的监视器方法，与Lock配合可以实现等（英文：条件）
待/通知模式.。
condition对象通过lock来创建：
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
condition通过对应的两个方法来达到等待和唤醒机制（都由AQS提供，一个内部类）
await()：等待
signal()：唤醒
// 等待唤醒案例-生产者消费者模式
public class BoundedQueue<T> {
private Object[] items;
// 添加的下标，删除的下标和数组当前数量
private int addIndex, removeIndex, count;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition notEmpty = lock.newCondition();
private Condition notFull = lock.newCondition();
public BoundedQueue(int size) {
items = new Object[size];
}
// 添加一个元素，如果数组满，则添加线程进入等待状态，直到有“空位”
public void add(T t) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == items.length) {
notFull.await();
}
items[addIndex] = t;
if (++addIndex == items.length) {
addIndex = 0;
}
++count;
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
// 由头部删除一个元素，如果数组空，则删除线程进入等待状态，直到有新添加元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public T remove() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0) {
notEmpty.await();
}
Object x = items[removeIndex];
if (++removeIndex == items.length) {
removeIndex = 0;
}
--count;
notFull.signal();
return (T) x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
Condition的实现分析：
condition的实现方式是通过ConditionObject实现，ConditionObject是同步器AbstractQueuedSynchronizer的内部类。每一个condition都有一个等待队列，通过这个队列来实现等待通知机制
等待队列Node：
等待队列是一个单向队列，同时又头结点和尾结点。每个节点都是一个线程的引用，即等待的线程
await：释放锁，同时加入等待队列
signal：获取锁，出队
在Object的监视器模型上，一个对象拥有一个同步队列和等待队列，而并发包中的Lock（更确切地说是同步器）拥有一个同步队列和多个等待队列（同步队列是竞争队列，等待队列是任务等待）
源码分析：
// 等待
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 将当前线程加入到队尾
Node node = addConditionWaiter();
// 释放同步状态-释放锁
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
LockSupport.park(this);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
// 自旋获取同步状态-即lock，循环检查
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
// 加入队列
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// If lastWaiter is cancelled, clean out.如果尾结点不为null，设置t为尾结点
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
// 如果尾结点为null，表明未初始化，将头结点指向当前node；
// 否则入队
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
if (release(savedState)) {
//成功释放同步状态
failed = false;
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}
// 唤醒
public final void signal() {
// 确保获取独占锁
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
// 如果队列不为null，唤醒队列中的一个
if (first != null)
doSignal(first);
}
// 唤醒第一个节点
private void doSignal(Node first) {
do {
// 先将头结点从队列中移除-出队
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
first.nextWaiter = null;
// 对头结点进行处理
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
*/
// 设置头结点的状态为-1
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
/*
* Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
* indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
* attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
* case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
*/
// enq将头结点从阻塞队列放入到同步队列队尾，等待时间片
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
// 设置通知信号，并unpark解除
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}
解说：lock维护同步队列，condition维护等待通知队列
参考：https://www.jianshu.com/p/28387056eeb4
第六章：Java并发容器和框架
java中提供了大量的并发容器，便于多线程的开发；常见的有hashtable-concurrentHashMap-等
ConcurrentHashMap
一句话综述发展史：
- hashmap：hashmap只能支持单线程，在多线程情况下；在rehash扩容时，会存在循环死机问题：线程A对链表进行翻转式，线程B可能同样翻转，从而造成节点互相引用问题。
- hashtable使用synchronized对读写都进行重量级加锁，效率低
- jdk1.7的concurrenthashmap，使用数组+链表结构，使用segment细粒度锁对一部分数组进行分桶加锁，通过链表解决哈市冲突，加锁方式改用ReentrantLock
- jdk1.8，1.8版本舍弃了segment，并且大量使用了synchronized，以及CAS无锁操作以保证ConcurrentHashMap操作的线程安全性。底层数据结构改变为采用数组+链表+红黑树的数据形式。
具体改进：- 由于synchronized的改进，引用了锁提升，偏向锁-轻量级锁-重量级锁；在大多数情况下，平均效率并不比ReentrantLock、低
- 采用链表+红黑树，链表长度大于8之后，会上升为红黑树结构。查找效率更高。
- 去掉segment，直接对每一个数组项进行加锁
详细源码细节：待补充
ConcurrentLinkedQueue：
在单线程编程中我们会经常用到一些集合类，比如ArrayList,HashMap等，但是这些类都不是线程安全的类。在面试中也经常会有一些考点，比如ArrayList不是线程安全的，Vector是线程安全。而保障Vector线程安全的方式，是非常粗暴的在方法上用synchronized独占锁，将多线程执行变成串行化。要想将ArrayList变成线程安全的也可以使用Collections.synchronizedList(List list)方法ArrayList转换成线程安全的，但这种转换方式依然是通过synchronized修饰方法实现的，很显然这不是一种高效的方式，同时，队列也是我们常用的一种数据结构，为了解决线程安全的问题，Doug Lea大师为我们准备了ConcurrentLinkedQueue这个线程安全的队列。从类名就可以看的出来实现队列的数据结构是链式。
Java中的阻塞队列
定义：阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。
1）支持阻塞的插入方法：意思是当队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不
满。
2）支持阻塞的移除方法：意思是在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器。
JDK 7提供了7个阻塞队列，如下。
·ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
·LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
·PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
·DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
·SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
·LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
·LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
Fork/Join框架：
Fork/Join框架是Java 7提供的一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
相当于map-reduce计算模式，或者归并算法。将任务分给多个线程fork并行执行，然后等待所有的都完成后，进行join操作合并运算。
补充知识点：工作窃取算法
是指一个线程在完成自己的任务之后，再去运行其他线程的任务。为了避免任务冲突，使用队列模式，从另一线程的队尾获取任务。如下图：
工作窃取算法的优点：充分利用线程进行并行计算，减少了线程间的竞争。
// fork/join案例
/**
* 计数器任务
*
* @author tengfei.fangtf
* @version $Id: CountTask.java, v 0.1 2015-8-1 上午12:00:29 tengfei.fangtf Exp $
*/
public class CountTask extends RecursiveTask<Integer> {
private static final int THRESHOLD = 2; // 阈值
private int start;
private int end;
public CountTask(int start, int end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected Integer compute() {
int sum = 0;
// 如果任务足够小就计算任务
boolean canCompute = (end - start) <= THRESHOLD;
if (canCompute) {
for (int i = start; i <= end; i++) {
sum += i;
}
} else {
// 如果任务大于阈值，就分裂成两个子任务计算
int middle = (start + end) / 2;
CountTask leftTask = new CountTask(start, middle);
CountTask rightTask = new CountTask(middle + 1, end);
//执行子任务
leftTask.fork();
rightTask.fork();
//等待子任务执行完，并得到其结果
int leftResult = leftTask.join();
int rightResult = rightTask.join();
//合并子任务
sum = leftResult + rightResult;
}
return sum;
}
public static void main(String[] args) {
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
// 生成一个计算任务，负责计算1+2+3+4
CountTask task = new CountTask(1, 4);
// 执行一个任务
Future<Integer> result = forkJoinPool.submit(task);
try {
System.out.println(result.get());
} catch (InterruptedException e) {
} catch (ExecutionException e) {
}
}
}
第七章：Java中的13个原子操作类
原子类的底层都是通过unsafe类提供的CAS操作实现的，即比较交换。
CAS保留三个值，原始值地址，最初获取的值，将要修改的值。每次修改时，都会比较原始值地址所指引的值和获取的值是否相等，如果相等，说明，原始值没有被其他地址修改，则修改当前值。否则，被获取的值被其他线程修改了，需要重新获取，直到获取成功（自旋操作）
3原子包装类型：原理相同
AtomicBoolean：原子更新布尔类型。
AtomicInteger：原子更新整型。
AtomicLong：原子更新长整型。
3个原子数组类型：
AtomicIntegerArray：原子更新整型数组里的元素。
AtomicLongArray：原子更新长整型数组里的元素。
AtomicReferenceArray：原子更新引用类型数组里的元素。
1个原子更新引用类型
AtomicReference：原子更新引用类型。可以包装 自定义对象
第八章：Java中的并发工具类
Java中主要包括四个并发工具类
countdownlatch：技术下降门栓-通过维持一个计数器来判断是否到达指定点
cyclicbarrier:同步屏障-通过屏障挡板来阻挡一列线程
Semaphore:信号，控制并发线程数，相当于路口信号灯，只能进有限数量的线程
exchanger:信息交换，两个线程之间通信交换数据
CountDownLatch和CyclicBarrier区别：
* CountDownLatct通过countdown方法消耗计数，可以在同一个线程中多次使用；而CyclicBarrier一个线程只能使用一次
* CountDownLatch不能复位，即如果出现差错不能重新复位，操作不便。CyclicBarrier可以复位
* CountDownLatch构造函数只有一个int值，只提供等待，没有等待完成后操作；CyclicBarrier提供带动做的构造器CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) 可以全部都到达等待后，先完成统一的barrierAction操作，在继续各自的线程任务
第九章：Java中的线程池
线程池的作用：
* 重复利用已创建的线程，降低资源消耗
* 线程已经创建好，直接使用，提高响应速度
* 便于统一管理
创建线程池：
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue)
参数：
* 核心线程大小：corePoolSize
* 最大允许线程：maximumPoolSize
* 超过核心线程的等待时间：keepAliveTime
* 等待时间单位：unit
* 使用何种阻塞工作队列：workQueue
线程池的工作逻辑：
流程：初始化线程池，线程为0；随着任务的到来，创建线程直到到达核心线程(期间线程即便不用也不销毁)；当达到核心线程后，新来的任务加入到任务队列，等待获取；直到任务队列也满了，那么就继续创建线程直到达到最大线程数，此时如果继续到来任务，已经无法处理，按照策略进行处理。
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
// 如果线程数小于基本线程数，则创建线程并执行当前任务
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 如线程数大于等于基本线程数或线程创建失败，则将当前任务放到工作队列中。
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
// 如果线程池不在运行中或者无法加入队列，并且当前线程数小于最大线程，则创建线程
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
runnableTaskQueue任务队列：
- ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原
则对元素进行排序。 - LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通
常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。 - SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用
移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于Linked-BlockingQueue，静态工
厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。 - PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。
RejectedExecutionHandler（饱和策略）：默认情况下是AbortPolicy
- AbortPolicy：直接抛出异常。
- CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
- DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。
向线程池提交任务：两种方式
- execute()：没有返回值，直接执行任务
- submit()方法：返回一个future对象，用于获取特定结果信息
关闭线程池：
- shutdown：依次遍历关闭线程池，调用interrupt，一般只能中断已完成的任务
- shutdownNow方法：不需要等待所有的线程执行完。先将所有的设置为stop，在调用interrupt
线程池的合理设置：
偏计算CPU：Ncpu+1
偏IO：2*Ncpu
混合型：自动搭配
举例：依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置得越大，这样才能更好地利用CPU。
即：CPU用的时间短，频繁调用，则多创建线程
第十章： Executor框架
工作单元和执行单元的解耦：
以往的线程任务是，首先创建Thread对象，并提供Run方法创建工作单元，然后调用start方法执行单元计算结果。所有的逻辑都包含在一个thread类中，无法完全分离。因为，提供一个Executor来解耦这种关系。
Executor框架由3大部分组成：
* 任务创建：被执行任务需要实现接口Runnable、Callable。
* 任务执行：任务执行机制的核心接口Executor，继承Executor的ExecutorService、CompletionService等。
* 任务结果获取：Future和实现了Future接口的FutureTask类。
任务创建省略
任务执行：
* 主接口Executor：只定义了一个方法void execute(Runnable command);该方法接受一个Runnable实例，作用就是执行提交的任务，实现在子类中。
* 子接口ExecutorService：继承自Executor接口，提供了更多的方法，提供了生命周期的管理方法，以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况的方法。方法：shutdown、isShutdown、submit
执行期工具类：Executors
提供了一系列静态工厂方法用于创建各种线程池。返回的线程池都实现了ExecutorService接口。这些实现方式都是基于ThreadPoolExecutor类构造的，只是参数不同。Java编码规约要求开发者，尽量直接使用ThreadPoolExecutor去手动创建，而不使用静态Executors类提供的方法，这样处理便于其他开发者了解ThreadPoolExecutor参数和运行规则
几个提供的执行器线程池：
* newFixedThreadPool(int nThreads)：数量固定，使用无界队列LinkedBlockingQueu。可能会导致大量线程进入队列，奔溃
* newSingleThreadExecutor：单线程，也是使用无界队列LinkedBlockingQueu。会造成不断地从队列中获取线程
* newCachedThreadPool：最大数量无限制，队列使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列。也就是如果线程处理的速度小于生产的速度，线程就会不断创建，占完CPU和资源
ScheduledThreadPoolExecutor-定时调度器-spring中
它主要用来在给定的延迟之后运行任务，或者定期执行任务。比如论坛上定期处理过期帖子
ScheduledThreadPoolExecutor的功能与Timer类似，但ScheduledThreadPoolExecutor功能更强大、更灵活。Timer对应的是单个后台线程，而ScheduledThreadPoolExecutor可以在构造函数中指定多个对应的后台线程数。
添加任务：一个DelayQueue无界队列，当调用scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWithFixedDelay()方法时，会向队列中添加一个未来定期任务ScheduledFutureTask
执行任务：线程池中的线程从DelayQueue中获取ScheduledFutureTask，然后执行任务。
(注意：最新的做了修改，使用了DelayedWorkQueue队列)
如何排序？
DelayQueue封装了一个PriorityQueue，会对任务进行时间、编号排序，时间最前面的在前
执行顺序，对于同一个定期任务：
1、线程从后队列中获取第一个任务
2、如果任务时间到期了，就执行任务
3、执行完毕后，更具定期时间，修改任务时间
4、重新将日期修改后的任务放到任务队列，注意排序
// 1.任务获取
public RunnableScheduledFuture<?> take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
// 获取队列第一个元素
RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];
if (first == null)
available.await();
else {
// 计算任务时间，是否到期，到期则出队
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
return finishPoll(first);
first = null; // don't retain ref while waiting
// 任务分配给其他线程，等待；否则，分配给当前任务线程
if (leader != null)
available.await();
else {
Thread thisThread = Thread.currentThread();
leader = thisThread;
try {
// 等待任务的延迟时间
available.awaitNanos(delay);
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
if (leader == null && queue[0] != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}
// 任务加入
public boolean offer(Runnable x) {
//参数校验
if (x == null)
throw new NullPointerException();
RunnableScheduledFuture<?> e = (RunnableScheduledFuture<?>)x;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//查看当前元素数量，如果大于队列长度则进行扩容
int i = size;
if (i >= queue.length)
grow();
//元素数量加1
size = i + 1;
//如果当前队列还没有元素，则直接加入头部
if (i == 0) {
queue[0] = e;
//记录索引
setIndex(e, 0);
} else {
//把任务加入堆中，并调整堆结构，这里就会根据任务的触发时间排列
//把需要最早执行的任务放在前面
siftUp(i, e);
}
//如果新加入的元素就是队列头，这里有两种情况
//1.这是用户提交的第一个任务
//2.新任务进行堆调整以后，排在队列头
if (queue[0] == e) {
//这个变量起优化作用，后面说
leader = null;
//加入元素以后，唤醒worker线程
available.signal();
}
} finally {
lock.unlock();
}
return true;
}
FutureTask详解:
Future接口和实现Future接口的FutureTask类，代表异步计算的结果。
FutureTask除了实现Future接口外，还实现了Runnable接口。因此，FutureTask可以交给Executor执行，也可以由调用线程直接执行（FutureTask.run()）。
第11章：Java并发编程实践
设计模式：设计模式并不是一种算法，而是一种思想，一种软件开发思想，便于开发维护
设计模式解耦：为了便于程序的扩展和维护，往往需要将复杂的内部逻辑拆开，从而达到解耦的目的。一下设计模式就是这个作用：
工厂模式：工厂模式通过第三方工厂类，来代替主题类生产商品
模板模式：通过创建一个模板接口，让实现者自己去实现自己的逻辑，从而提取共同点，简化编码
生产者消费者模式：通过提供一个阻塞队列，作为生产者和消费者的桥梁，来达到缓冲的目的