java并发编程实例分析

我来详细讲解“java并发编程实例分析”的完整攻略。

简介

Java并发编程是高并发、高性能、高可用系统的基石。本文将通过实例分析，详解Java并发编程的三大核心机制：线程、锁、并发容器，帮助读者深入理解Java并发编程的核心原理。

线程

线程基础

Java中通过Thread类来创建线程。线程的状态包括：初始状态、运行状态、等待/阻塞状态、终止状态。线程通常是多个并发任务中的一部分，因此线程之间通常要共享资源，包括共享变量、共享对象，这就需要用到锁。

线程同步

同步的目的是为了保证多个线程对同一个资源的访问是有序的。Java中提供了两种同步机制：synchronized关键字和Lock接口。其中synchronized的底层实现是基于JVM指令的monitorenter/monitorexit指令，而Lock接口需要手动显式地加锁和解锁。

线程通信

线程之间通信需要用到wait()/notify()方法。wait()方法会让线程进入等待状态，同时释放锁，而notify()方法会唤醒正在等待的线程。线程通信的经典案例就是生产者消费者模型。

示例1：使用synchronized实现线程同步

以银行存款取款为例，使用synchronized来确保线程安全。

public class Account {
    private int money;
    public synchronized void deposit(int amount){
        this.money += amount;
    }

    public synchronized void withdraw(int amount){
        if(this.money >= amount){
            this.money -= amount;
        }
    }
}

示例2：使用Lock接口实现线程同步

这里以购票场景为例。

public class Ticket {
    private int count;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void sellTicket(){
        lock.lock();
        try{
            if(count > 0){
                count--;
            }
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

锁

基础概念

Java中锁有两种类型：悲观锁和乐观锁。悲观锁认为竞争情况很严重，每次只允许一个线程修改资源；而乐观锁则认为竞争情况相对较少，允许多个线程同时修改资源，但需要通过版本号等手段来保证数据的一致性。常用的悲观锁有synchronized和Lock，常用的乐观锁有CAS（Compare And Swap）。

死锁

死锁是指两个或多个线程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，彼此持续等待着对方锁定的资源，导致所有线程都陷入无限等待的状态。解决死锁的方式通常包括：加锁顺序化、超时等待、锁分配策略等方式。

线程池

线程池的作用是为了节省线程创建和销毁的开销，同时可以通过控制线程数量来保证系统的稳定性和资源的合理利用。Java中通过ThreadPoolExecutor类来实现线程池。

示例3：银行账户存取款死锁问题

public class Account {
    private int money;
    public void deposit(int amount){
        synchronized (this){
            this.money += amount;
        }
    }

    public void withdraw(int amount){
        synchronized (this){
            if(this.money >= amount){
                this.money -= amount;
            }
        }
    }

    public void transfer(Account target, int amount){
        synchronized (this){
            synchronized (target){
                if(this.money >= amount){
                    this.money -= amount;
                    target.money += amount;
                }
            }
        }
    }
}

并发容器

基础概念

Java中的并发容器有：ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、CopyOnWriteArrayList等。这些容器都是线程安全的，并发环境下不仅保证线程安全，同时也能够保证高效并发。

示例4：使用ConcurrentHashMap实现多线程并发更新数据

public class ConcurrentHashMapDemo {
    private static ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
        for(int i = 0; i < 4; i++){
            executorService.execute(() -> {
                for(int j = 0; j < 10000; j++){
                    map.put("key", map.getOrDefault("key", 0) + 1);
                }
            });
        }
        executorService.shutdown();
        try {
            executorService.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.NANOSECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(map.get("key"));
    }
}

以上便是“java并发编程实例分析”的完整攻略。在实际应用中，需要根据具体场景选择合适的线程同步方法、锁、并发容器等，以保证系统稳定性、高效性和安全性。