JUC-3

11 ForkJoin

特点：工作窃取

FoekJoin代码实例说明：

package com.snowdong;

import java.util.concurrent.RecursiveTask;

/**
 * 求和计算的任务！
 * 3000 6000（ForkJoin） 9000（Stream并行流）
 * // 如何使用 forkjoin
 * // 1、forkjoinPool 通过它来执行
 * // 2、计算任务 forkjoinPool.execute(ForkJoinTask task)
 * // 3. 计算类要继承 ForkJoinTask
 */
public class ForkJoinDemo extends RecursiveTask<Long> {
    private Long start;
    private Long end;
    //临界值
    private Long temp=10000L;
    public ForkJoinDemo(Long start,Long end){
        this.start=start;
        this.end=end;
    }
    //  计算方法
    @Override
    protected Long compute() {
        if((end-start)<temp){
            Long sum=0L;
            for (Long i = start; i < =end; i++) {
                sum +=i;
            }
            return sum;
        }else{//forkJoin 递归
            Long middle=start+(end-start)/2;
            ForkJoinDemo task1=new ForkJoinDemo(start,middle);
            task1.fork(); // 拆分任务，把任务压入线程队列
            ForkJoinDemo task2=new ForkJoinDemo(middle+1,end);
            task2.fork() ;// 拆分任务，把任务压入线程队列
            return task1.join()+task2.join();
        }

    }
}

测试代码说明：

package com.snowdong;
//ForkJion在JDK1.7，并行执行任务，提高效率。大数据量
//大数据:map reduce 把大人物拆分成小任务

import com.sun.xml.internal.ws.api.model.wsdl.WSDLOutput;
import org.w3c.dom.ls.LSOutput;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.stream.LongStream;


public class TestForkJoin {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //test1();//sum=500000000500000000,时间:7661
        test2();//sum=500000000500000000,时间:7486
        //test3();//sum=500000000500000000,时间:305
    }
    //一般使用方法
    public static void test1(){
        Long sum=0L;
        long startTime= System.currentTimeMillis();
        for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000 ; i++) {
            sum+=i;
        }
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+sum+",时间:"+(endTime-startTime));
    }
    //会使用ForkJoin
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startTime= System.currentTimeMillis();
        ForkJoinPool forkJoinPool=new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task=new ForkJoinDemo(0L,10_0000_0000L);
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);
        Long sum=submit.get();
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+sum+",时间:"+(endTime-startTime));
    }
    //使用Stream并行流
    public static void test3(){
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Long sum= LongStream.rangeClosed(0L,10_0000_0000L).parallel().reduce(0,Long::sum);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+sum+",时间:"+(endTime-startTime));
    }
}

12 异步回调

Future设计的初衷：对将来的某个事件的结果进行建模
待定！！！！！

13 JMM(Java Memory Model)

Volatile：是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制（轻锁）

• 防止指令重排序，保证内存可见性（保证多线程环境下变量的相互可见性和有序性，不保证原子性）
• 不保证原子性
• 禁止指令重排

解释：

• 保证可见性：当某个线程修改volatile变量，JMM会强制将这个修改更新到主存中，并且让其他线程工作内存中存储的副本失效。
• 如果volatile修饰的变量被修改，会通过总线嗅探告知其他线程工作区，其他线程工作区会把这个变量设置为无效，然后重新读取。
• 不保证原子性：不保证复合运算的原子性，但是保证单个操作的原子性。
• 线程的工作内存对应虚拟机栈中的栈帧的局部变量表，主存相当于堆。

JMM:Java的内存模型，不存在的东西，概念！约定！

• 1.线程解锁前，必须把共享变量立即刷回主存
• 2.线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中
• 3.加锁和加锁是同一把锁

事实：如果线程B修改了值，但是线程A不能及时可见，导致错误

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和write操作在某些平台上允许例外

• lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
• unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
• read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
• load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
• use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
• assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
• store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
• write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

• 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
• 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
• 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
• 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是对变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
• 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
• 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
• 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
• 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

14 Volatile

14.1 保证可见性

如果volatile修饰的变量被修改，会通过总线嗅探告知其他线程工作区，其他线程工作区会把这个变量设置为无效，然后重新读取。

代码测试如下：

package com.snowdong;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestVolatile {
    //不加volatile，程序就会死循环
    //加volatile 可以保证可见性
    private volatile static int num=0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//main主线程
        new Thread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" num="+num);
            while(num==0){

            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" num="+num);
        }).start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        num=1;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" num="+num);
    }
}

14.2 不保证原子性

原子性：不可分割，

具体代码测试：

package com.snowdong;

public class TestVolatile01 {
    //定义一个线程共享资源
    /**
     * 如果在num字段上加上volatile关键字，还是出现问题
     * 所以得出volatile是不保证原子性的
     */
    private volatile static int num=0;
    public static void add(){
        num++;//++不是原子操作，有三步
    }

    public static void main(String[] args) {
        //理论上num的结果应该为20000
        //但是实际上不一定是
        /**
         * 解决方案：
         * 1、可以在add()方法上加上synchronized同步机制
         */
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }
        while(Thread.activeCount()>2){//肯定有两个线程在执行，main和gc
            Thread.yield();
            //Thread.yield()是在主线程执行的，意思是只要还有出了GC和main线程之外的线程在跑，...
            // 主线程就让出cpu不往下执行
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+num);
    }
}

解释：

• java中对基本类型的变量赋值和读取是原子操作，但是想j=i,i++这样操作都不是原子操作的，因为他们进行了多次原子操作。
  上述方法编译后字节码如下：
  
  如果不加lock和synchronized，怎么样保证原子性？

• 使用原子类，解决 原子性问题

• Java提供java.util.concurrent.atomic包关于一些原子性操作的工具类
  具体代码如下：

  package com.snowdong;
  
  import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  
  public class TestVolatile01 {
   //定义一个线程共享资源
   /**
    * 如果在num字段上加上volatile关键字，还是出现问题
    * 所以得出volatile是不保证原子性的
    */
   private volatile static AtomicInteger num=new AtomicInteger();
   public static void add(){
       //num++;//++不是原子操作，有三步
       num.getAndIncrement();//AtomicInteger + 1 方法， CAS(自旋锁)
   }
  
   public static void main(String[] args) {
       //理论上num的结果应该为20000
       //但是实际上不一定是
       /**
        * 解决方案：
        * 1、可以在add()方法上加上synchronized同步机制，但是其是一个重量级同步机制
        * 2、使用java.util.concurrent.atomic包提供的原子性操作的工具类
        */
       for (int i = 1; i <= 20; i++) {
           new Thread(()->{
               for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                   add();
               }
           }).start();
       }
       while(Thread.activeCount()>2){//肯定有两个线程在执行，main和gc
           Thread.yield();
           //Thread.yield()是在主线程执行的，意思是只要还有出了GC和main线程之外的线程在跑，...
           // 主线程就让出cpu不往下执行
       }
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+num);
   }
  }

  这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！

14.3 指令重排

指令重排：你写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

• 源代码-->编译器优化的重排--> 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，考虑：数据之间的依赖性！

int x = 1; // 1
int y = 2; // 2
x = x + 5; // 3
y = x * x; // 4
我们所期望的：1234 但是可能执行的时候回变成 2134 1324
可不可能是 4123！不可能

可能造成影响的结果： a b x y 这四个值默认都是 0；

正常的结果： x = 0；y = 0；但是可能由于指令重排

指令重排导致的诡异结果： x = 2；y = 1；

volatile可以避免指令重排：内存屏障，PCU指令。
作用：

• 保证特定的操作的执行顺序
• 可以保证某些变量的内存可见性
  volatile写前加SS屏障，写后加SL屏障；读前加LL屏障，读后加LS屏障

总结：Volatile 是可以保持 可见性。不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

15 单例模式