多线程进阶--JUC并发编程

原创

hhss

修改于 2021-02-14 15:26:29

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https://blog.csdn.net/weixin_44502509/article/details/106872957

狂神笔记：https://gitee.com/kuangstudy/openclass

java.util.concurrent

java.util.concurrent.atomic

java.util.concurrent.locks

java.util.function

一、Synchronized与Lock的区别？他们的实现原理分别是怎么样的？

1、区别

2、synchronized和lock的实现原理

https://blog.csdn.net/tingfeng96/article/details/52219649

二、Lock锁下使用Condition实现精准通知唤醒（通信）

在Synchronized加锁状态时，是使用wait/notify/notifyAll进行线程间的通信。那么在使用ReentrantLock加锁时，是如何实现线程间通信问题的呢？在JUC中既然提供了Lock，也提供了用作其线程间通信的方式，再次引入了Condition。

三、八锁现象彻底理解锁

https://blog.csdn.net/weixin_46036165/article/details/106456755

四、不安全的集合类

1、list不安全？-->CopyOnWriteArrayList

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

// java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常！
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 并发下 ArrayList 不安全的吗，Synchronized；
        /**
         * 解决方案；
         * 1、List<String> list = new Vector<>();
         * 2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         * 3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>()；
         */
        // CopyOnWrite 写入时复制  COW  计算机程序设计领域的一种优化策略；
        // 多个线程调用的时候，list，读取的时候，固定的，写入（覆盖）
        // 在写入的时候避免覆盖，造成数据问题！
        // 读写分离
        // CopyOnWriteArrayList  比 Vector Nb 在哪里？

        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

2、set不安全？-->CopyOnWriteArraySet

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

/**
 * 同理可证 ： ConcurrentModificationException
 * //1、Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
 * //2、
 */
public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<>();
        // hashmap
        // Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        // Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 1; i <=30 ; i++) {
           new Thread(()->{
               set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
               System.out.println(set);
           },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

3、map不安全？-->ConcurrentHashMap

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

// ConcurrentModificationException
public class MapTest {

    public static void main(String[] args) {
        // map 是这样用的吗？ 不是，工作中不用 HashMap
        // 默认等价于什么？  new HashMap<>(16,0.75);
        // Map<String, String> map = new HashMap<>();
        // 唯一的一个家庭作业：研究ConcurrentHashMap的原理
        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

        for (int i = 1; i <=30; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(),UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(map);
            },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

五、Callable

1、可以有返回值 2、可以抛出异常 3、方法不同，run()/ call() 细节： 1、有缓存 2、结果可能需要等待，会阻塞！

六、常用的辅助类

1、CountDownLatch

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

// 计数器
public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 总数是6，必须要执行任务的时候，再使用！
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

        for (int i = 1; i <=6 ; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Go out");
                countDownLatch.countDown(); // 数量-1
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        countDownLatch.await(); // 等待计数器归零，然后再向下执行

        System.out.println("Close Door");

    }
}

一个A线程等待其他线程做完N件事情后，触发A线程的await()方法，A线程再继续做自己的事。

特点：一个线程等待多个线程。

2、CyclicBarrier

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 集齐7颗龙珠召唤神龙
         */
        // 召唤龙珠的线程
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(8,()->{
            System.out.println("召唤神龙成功！");
        });

        for (int i = 1; i <=7 ; i++) {
            final int temp = i;
            // lambda能操作到 i 吗
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收集"+temp+"个龙珠");
                try {
                    cyclicBarrier.await(); // 等待
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

多个线程同事达到同一障碍处，才触发某个事件（CyclicBarrier里面定义的事件）。

特点：多个线程相互等待。

3、Semaphore

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程数量：停车位! 限流！
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 1; i <=6 ; i++) {
            new Thread(()->{
                // acquire() 得到
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到车位");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"离开车位");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release(); // release() 释放
                }},String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

限流工具，同时最多只允许N个线程执行，多余的等待（semaphore.acquire()），直到别的线程释放(semaphore.release())。

作用：多个共享资源互斥的使用！并发限流，控制最大的线程数！

七、读写锁ReadWriteLock

说到Java并发编程，很多开发第一个想到同时也是经常常用的肯定是Synchronized，但是这里提出一个问题，Synchronized存在明显的一个性能问题就是读与读之间互斥，简言之就是，我们编程想要实现的最好效果是，可以做到读和读互不影响，读和写互斥，写和写互斥，提高读写的效率；ReadWriteLock可以做到这一点，它是比Lock更加细粒度的锁。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

/**
 * 独占锁（写锁） 一次只能被一个线程占有
 * 共享锁（读锁） 多个线程可以同时占有
 * ReadWriteLock
 * 读-读  可以共存！
 * 读-写  不能共存！
 * 写-写  不能共存！
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyCache myCache = new MyCache();

        // 写入
        for (int i = 1; i <= 5 ; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                myCache.put(temp+"",temp+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        // 读取
        for (int i = 1; i <= 5 ; i++) {
            final int temp = i;
            new Thread(()->{
                myCache.get(temp+"");
            },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

// 加锁的
class MyCacheLock{

    private volatile Map<String,Object> map = new HashMap();
    // 读写锁： 更加细粒度的控制
    private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    // 存，写入的时候，只希望同时只有一个线程写
    public void put(String key,Object value){
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+key);
            map.put(key,value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }

    // 取，读，所有人都可以读！
    public void get(String key){
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+key);
            Object o = map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取OK");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }

}

特性：

1.Java并发库中ReetrantReadWriteLock实现了ReadWriteLock接口并添加了可重入的特性 2.ReetrantReadWriteLock读写锁的效率明显高于synchronized关键字 3.ReetrantReadWriteLock读写锁的实现中，读锁使用共享模式；写锁使用独占模式，换句话说，读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，写锁是独占的。（读读共存，读写不共存，写写不共存。） 4.ReetrantReadWriteLock读写锁的实现中，需要注意的，当有读锁时，写锁就不能获得；而当有写锁时，除了获得写锁的这个线程可以获得读锁外，其他线程不能获得读锁。

八、阻塞队列BlockingQueue

支持两个附加操作的队列。常用于生产者和消费者的场景，线程池中。

队列为空时，获取元素的线程会阻塞等待不空；
队列满时，存储元素的线程会阻塞等待可用。

1）分类：

Dequeue实现类:LinkedList

AbastractQueue实现类：PriorityQueue

2）四组api：

1、抛出异常

/**
     * 抛出异常
     */
    public static void test1(){
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.add("a"));
        System.out.println(blockingQueue.add("b"));
        System.out.println(blockingQueue.add("c"));
        // IllegalStateException: Queue full 抛出异常！
        // System.out.println(blockingQueue.add("d"));

        System.out.println("=-===========");

        System.out.println(blockingQueue.element()); // 查看队首元素是谁
        System.out.println(blockingQueue.remove());


        System.out.println(blockingQueue.remove());
        System.out.println(blockingQueue.remove());

        // java.util.NoSuchElementException 抛出异常！
        // System.out.println(blockingQueue.remove());
    }

2、不会抛出异常

/**
     * 有返回值，没有异常
     */
    public static void test2(){
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));

        System.out.println(blockingQueue.peek());
        // System.out.println(blockingQueue.offer("d")); // false 不抛出异常！
        System.out.println("============================");
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll()); // null  不抛出异常！
    }

3、阻塞等待

/**
     * 等待，阻塞（一直阻塞）
     */
    public static void test3() throws InterruptedException {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        // 一直阻塞
        blockingQueue.put("a");
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");
        // blockingQueue.put("d"); // 队列没有位置了，一直阻塞
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take()); // 没有这个元素，一直阻塞

    }

4、超时等待（工作中用的多）

/**
     * 等待，阻塞（等待超时）
     */
    public static void test4() throws InterruptedException {
        // 队列的大小
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        blockingQueue.offer("a");
        blockingQueue.offer("b");
        blockingQueue.offer("c");
        // blockingQueue.offer("d",2,TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出
        System.out.println("===============");
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS); // 等待超过2秒就退出

    }

3）SynchronousQueue同步队列

没有容量。进去一个元素，必须等待这个元素取出来之后，才能往队列里面放一个元素。

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 同步队列
 * 和其他的BlockingQueue 不一样， SynchronousQueue 不存储元素
 * put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能在put进去值！
 */
public class SynchronousQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new SynchronousQueue<>(); // 同步队列

        new Thread(()->{
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 1");
                blockingQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 2");
                blockingQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" put 3");
                blockingQueue.put("3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T1").start();


        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+blockingQueue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T2").start();
    }
}

九、线程池

线程池的好处: 1、降低资源的消耗 2、提高响应的速度 3、方便管理。线程复用、可以控制最大并发数、管理线程

1、三大方法

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
// Executors 工具类、3大方法
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();// 单个线程 
    //  ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一
个固定的线程池的大小
    //  ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 可伸缩
的，遇强则强，遇弱则弱
    }
}

本质还是ThreadPoolExecutor（）

2、7个参数

corePoolSize用完了，再用BlockingQueue，BlockingQueue满了再用maximumPoolSize里面剩余的线程。所以线程池的最大承载量就是maximumPoolSize+BlockingQueue的值。

如果还不够就会采取四种拒绝策略：RejectedExecutionHandler四个实现类里面的某一种。

3、4种拒绝策略

接口：RejectedExecutionHandler

默认策略是拒绝策略，会抛出异常。

4、原理

线程池的主要流程：

5、线程池为什么需要使用（阻塞）队列？

回到了非线程池缺点中的第3点： 1、因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换。

另外回到了非线程池缺点中的第1点： 2、创建线程池的消耗较高。

3、简单的一个场景，消费者一端不一定是时时提交任务就能马上执行，可能有很多因素，比如计算或者IO等资源没办法马上就位，所以有等待，但是任务队列也不一定就无限大，所以才有了阻塞队列，在任务池已满且队列已经有很多任务时，需要阻塞等待。

如果新任务的到达速率超过了线程池的处理速率，那么新到来的请求将累加起来，这样的话将耗尽资源。

6、线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列？

阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时阻塞获取任务的线程，使得线程进入wait状态，释放cpu资源。当队列中有任务时才唤醒对应线程从队列中取出消息进行执行。使得在线程不至于一直占用cpu资源。

（线程执行完任务后通过循环再次从任务队列中取出任务进行执行，代码片段如下 while (task != null || (task = getTask()) != null) {}）。

不用阻塞队列也是可以的，它不会对当前线程产生阻塞，就必须额外地实现同步策略以及线程间唤醒策略，不过实现起来比较麻烦而已，有好用的为啥不用呢？

7、如何配置线程池？

CPU密集型任务尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1（CPU核心数获取：Runtime.getRuntime().availableProcessors()）。因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换。

IO密集型任务可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间。

混合型任务可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。因为如果划分之后两个任务执行时间有数据级的差距，那么拆分没有意义。因为先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。

8、线程池ExecutorService的execute和submit方法的区别

1、接收的参数不一样

都可以是Runnable
submit 也可以是Callable

2、submit有返回值，而execute没有

返回值是Future

3、submit方便Exception处理

十、函数式接口

java.util.function包下的四个接口

1、Consumer

import java.util.function.Consumer;

/**
 * Consumer 消费型接口: 只有输入，没有返回值
 */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
//        Consumer<String> consumer = new Consumer<String>() {
//            @Override
//            public void accept(String str) {
//                System.out.println(str);
//            }
//        };
        Consumer<String> consumer = (str)->{System.out.println(str);};
        consumer.accept("sdadasd");

    }
}

2、Function

import java.util.function.Function;

/**
 * Function 函数型接口, 有一个输入参数，有一个输出
 * 只要是 函数型接口 可以 用 lambda表达式简化
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //
//        Function<String,String> function = new Function<String,String>() {
//            @Override
//            public String apply(String str) {
//                return str;
//            }
//        };

        Function<String,String> function = str->{return str;};

        System.out.println(function.apply("asd"));
    }
}

3、Predicate

import java.util.function.Predicate;

/**
 * 断定型接口：有一个输入参数，返回值只能是 布尔值！
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 判断字符串是否为空
//        Predicate<String> predicate = new Predicate<String>(){
////            @Override
////            public boolean test(String str) {
////                return str.isEmpty();
////            }
////        };

        Predicate<String> predicate = (str)->{return str.isEmpty(); };
        System.out.println(predicate.test(""));

    }
}

4、Supplier

import java.util.function.Supplier;

/**
 * Supplier 供给型接口 没有参数，只有返回值
 */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
//        Supplier supplier = new Supplier<Integer>() {
//            @Override
//            public Integer get() {
//                System.out.println("get()");
//                return 1024;
//            }
//        };

        Supplier supplier = ()->{ return 1024; };
        System.out.println(supplier.get());
    }
}

十一、Stream流式计算

/**
 * 题目要求：一分钟内完成此题，只能用一行代码实现！
 * 现在有5个用户！筛选：
 * 1、ID 必须是偶数
 * 2、年龄必须大于23岁
 * 3、用户名转为大写字母
 * 4、用户名字母倒着排序
 * 5、只输出一个用户！
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = new User(1,"a",21);
        User u2 = new User(2,"b",22);
        User u3 = new User(3,"c",23);
        User u4 = new User(4,"d",24);
        User u5 = new User(6,"e",25);
        // 集合就是存储
        List<User> list = Arrays.asList(u1, u2, u3, u4, u5);

        // 计算交给Stream流
        // lambda表达式、链式编程、函数式接口、Stream流式计算
        list.stream()
                .filter(u->{return u.getId()%2==0;})
                .filter(u->{return u.getAge()>23;})
                .map(u->{return u.getName().toUpperCase();})
                .sorted((uu1,uu2)->{return uu2.compareTo(uu1);})
                .limit(1)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

十二、ForkJoin

特点：工作窃取这个里面维护的都是双端队列

1、创建任务

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;  // 1
    private Long end;    // 1990900000

    // 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) / 2; // 中间值
            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();
        }
    }
}

2、测试任务

// 普通程序员
    public static void test1(){
        Long sum = 0L;
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (Long i = 1L; i <= 10_0000_0000; i++) {
            sum += i;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+sum+" 时间："+(end-start));
    }

    // 会使用ForkJoin
    public static void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Long> task = new ForkJoinDemo(0L, 10_0000_0000L);
        ForkJoinTask<Long> submit = forkJoinPool.submit(task);// 提交任务
        Long sum = submit.get();

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("sum="+sum+" 时间："+(end-start));
    }

    public static void test3(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        // Stream并行流 ()  (]
        long sum = LongStream.rangeClosed(0L, 10_0000_0000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("sum="+"时间："+(end-start));
    }

十三、异步回调CompletableFuture

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 异步调用： CompletableFuture
 * // 异步执行
 * // 成功回调
 * // 失败回调
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 没有返回值的 runAsync 异步回调
//        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(()->{
//            try {
//                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
//            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"runAsync=>Void");
//        });
//
//        System.out.println("1111");
//
//        completableFuture.get(); // 获取阻塞执行结果

        // 有返回值的 supplyAsync 异步回调
        // ajax，成功和失败的回调
        // 返回的是错误信息；
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"supplyAsync=>Integer");
            int i = 10/0;
            return 1024;
        });

        System.out.println(completableFuture.whenComplete((t, u) -> {
            System.out.println("t=>" + t); // 正常的返回结果
            System.out.println("u=>" + u); // 错误信息：java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
        }).exceptionally((e) -> {
            System.out.println(e.getMessage());
            return 233; // 可以获取到错误的返回结果
        }).get());

        /**
         * succee Code 200
         * error Code 404 500
         */
    }
}

十四、理解JMM相关

1）JMM

关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。 2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！ 3、加锁和解锁是同一把锁

JMM:内存模型以及8种原子操作

https://blog.csdn.net/starbxx/article/details/98742858

关于主内存与工作内存之间的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存。如何从工作内存同步到主内存中的实现细节。java内存模型定义了8种操作来完成。这8种操作每一种都是原子操作。8种操作如下：

lock(锁定)：作用于主内存，它把一个变量标记为一条线程独占状态；
read(读取)：作用于主内存，它把变量值从主内存传送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，它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中；
use(使用)：作用于工作内存，它把工作内存中的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时候，将会执行这个动作；
assign(赋值)：作用于工作内存，它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候，执行该操作；
store(存储)：作用于工作内存，它把工作内存中的一个变量传送给主内存中，以备随后的write操作使用；
write(写入)：作用于主内存，它把store传送值放到主内存中的变量中。
unlock(解锁)：作用于主内存，它将一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才能够被其他线程锁定；

解释下jvm主内存与工作内存：https://blog.csdn.net/zxh476771756/article/details/78685581

2）Volatile

Volatile 是 Java 虚拟机提供轻量级的同步机制（相比synchronized两者区别https://www.cnblogs.com/kaleidoscope/p/9506018.html）

①保证可见性。

public class JMMDemo {
    // 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) { // main

        new Thread(()->{ // 线程 1 对主内存的变化不知道的
            while (num==0){

            }
        }).start();

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

        num = 1;
        System.out.println(num);

    }
}

②不保证原子性

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

// volatile 不保证原子性
public class VDemo02 {

    // volatile 不保证原子性
    // 原子类的 Integer
    private static AtomicInteger num = new AtomicInteger();
//    private static num = 0;

    public static void add(){
        // num++; // 不是一个原子性操作
        num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法， CAS
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num结果应该为 2 万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){ // main  gc
            Thread.yield();
        }

        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！

③禁止指令重排

由于内存屏障，禁止上面指令和下面指令交换顺序，可以保证避免指令重排的现象产生！ 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volatile实现了可见性）

例子：

见下面的单例模式与Volatile

3）单例模式与Volatile

单例模式有：饿汉式，静态内部类，枚举类，懒汉式（线程不安全），DCL懒汉式

其中DCL懒汉式用到Volatile和synchronized来保证线程安全性。同时还防止了反射破坏唯一性。

// 懒汉式单例
/**
 * 1. 分配内存空间
 * 2、执行构造方法，初始化对象
 * 3、把这个对象指向这个空间
 *
 * 123
 * 132 A
 *     B // 此时lazyMan还没有完成构造
 */
public class LazyMan {

    private static boolean flag = false;

    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if (flag == false){
                flag = true;
            }else {
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
            }
        }
    }

    private volatile static LazyMan lazyMan;

    // 双重检测锁模式的 懒汉式单例  DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        if (lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if (lazyMan==null){
                    lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

    // 反射！
    public static void main(String[] args) throws Exception {
//        LazyMan instance = LazyMan.getInstance();

        Field qinjiang = LazyMan.class.getDeclaredField("qinjiang");
        qinjiang.setAccessible(true);

        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();

        qinjiang.set(instance,false);

        LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
    }

}

双重锁详解：

class Singleton{
    private String str;
    private static volatile Singleton singleton;//第二层锁，volatile关键字禁止指令重排
    private Singleton(){
        str="hello";
    }
    public String getStr() {
        return str;
    }
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton==null){//第一层检查，检查是否有引用指向对象，高并发情况下会有多个线程同时进入
            synchronized (Singleton.class){//第一层锁，保证只有一个线程进入
                //双重检查，防止多个线程同时进入第一层检查(因单例模式只允许存在一个对象，故在创建对象之前无引用指向对象，所有线程均可进入第一层检查)
                //当某一线程获得锁创建一个Singleton对象时,即已有引用指向对象，singleton不为空，从而保证只会创建一个对象
                //假设没有第二层检查，那么第一个线程创建完对象释放锁后，后面进入对象也会创建对象，会产生多个对象
                if(singleton==null){//第二层检查
                    //volatile关键字作用为禁止指令重排，保证返回Singleton对象一定在创建对象后
                    singleton=new Singleton();
                    //singleton=new Singleton语句为非原子性，实际上会执行以下内容：
                    //(1)在堆上开辟空间；(2)属性初始化;(3)引用指向对象
                    //假设以上三个内容为三条单独指令，因指令重排可能会导致执行顺序为1->3->2(正常为1->2->3),当单例模式中存在普通变量需要在构造方法中进行初始化操作时，单线程情况下，顺序重排没有影响；但在多线程情况下，假如线程1执行singleton=new Singleton()语句时先1再3，由于系统调度线程2的原因没来得及执行步骤2，但此时已有引用指向对象也就是singleton!=null，故线程2在第一次检查时不满足条件直接返回singleton，此时singleton为null(即str值为null)
                    //volatile关键字可保证singleton=new Singleton()语句执行顺序为123，因其为非原子性依旧可能存在系统调度问题(即执行步骤时被打断)，但能确保的是只要singleton!=0，就表明一定执行了属性初始化操作；而若在步骤3之前被打断，此时singleton依旧为null，其他线程可进入第一层检查向下执行创建对象
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}
public class ThreadTest{
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton=Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton);
    }
}

4）深入理解CAS

①例子：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class cccDemo {

    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);

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

        atomicInteger.getAndIncrement();//2022
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));//false
        System.out.println(atomicInteger.get());//2022
    }
}

②底层原理：

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，那么则执行操作！如果不是就一直循环！缺点： 1、循环会耗时（自旋锁） 2、一次性只能保证一个共享变量的原子性 3、ABA问题

③CAS存在的问题：ABA问题

5）原子引用（解决ABA问题）

思想：乐观锁思想，带版本号的原子操作！

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class CASDemo {

    //AtomicStampedReference 注意，如果泛型是一个包装类，注意对象的引用问题

    // 正常在业务操作，这里面比较的都是一个个对象
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1,1);

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

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

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

            Lock lock = new ReentrantLock(true);

            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();


        // 乐观锁的原理相同！
        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
            System.out.println("b1=>"+stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6,
                    stamp, stamp + 1));

            System.out.println("b2=>"+atomicStampedReference.getStamp());

        },"b").start();

    }
}

十五、各种锁的理解

1）公平锁与非公平锁

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（默认都是非公平）

2）可重入锁

3）自旋锁

4）死锁

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

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