Java多線程與并發(fā)庫課件XX有限公司20XX匯報人：XX目錄01Java多線程基礎(chǔ)02Java并發(fā)工具類03線程池的使用與原理04并發(fā)編程高級特性05Java內(nèi)存模型與線程安全06并發(fā)編程實踐案例Java多線程基礎(chǔ)01線程的概念與創(chuàng)建線程是操作系統(tǒng)能夠進行運算調(diào)度的最小單位，它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。線程的定義進程是資源分配的最小單位，而線程是程序執(zhí)行的最小單位，一個進程可以包含多個線程。線程與進程的區(qū)別Java中創(chuàng)建線程有兩種方式：繼承Thread類和實現(xiàn)Runnable接口。創(chuàng)建線程的兩種方式線程的概念與創(chuàng)建01線程從創(chuàng)建、就緒、運行到阻塞、死亡，每個階段都有不同的狀態(tài)和特點。02線程的優(yōu)先級決定了線程被調(diào)度的優(yōu)先順序，優(yōu)先級高的線程獲得更多的執(zhí)行機會。線程的生命周期線程的優(yōu)先級線程的生命周期05死亡狀態(tài)線程的run()方法執(zhí)行完畢或因異常退出，線程進入死亡狀態(tài)，無法再次啟動。04阻塞狀態(tài)線程因為某些原因放棄CPU使用權(quán)，暫時停止運行，直到其原因消失。03運行狀態(tài)獲得CPU時間片的線程開始執(zhí)行run()方法中的代碼，進入運行狀態(tài)。02就緒狀態(tài)調(diào)用線程的start()方法后，線程進入就緒狀態(tài)，等待CPU調(diào)度執(zhí)行。01新建狀態(tài)線程對象被創(chuàng)建后，處于新建狀態(tài)，此時它尚未開始運行。線程同步機制Java中使用synchronized關(guān)鍵字實現(xiàn)互斥鎖，保證同一時間只有一個線程可以訪問特定資源?；コ怄i（synchronized）01通過Object類的wait()和notify()方法，線程可以進入等待狀態(tài)或被喚醒，實現(xiàn)線程間的協(xié)作。等待/通知機制（wait/notify）02線程同步機制使用volatile關(guān)鍵字修飾共享變量，確保線程每次訪問變量時都從主內(nèi)存中讀取，保證了變量的可見性。volatile關(guān)鍵字01ReentrantLock提供了更靈活的鎖機制，支持嘗試非阻塞地獲取鎖、可中斷的鎖獲取等高級特性。鎖的高級特性（ReentrantLock）02Java并發(fā)工具類02Lock與ReentrantLockLock提供了一種無條件的、可輪詢的、定時的鎖獲取方式，與內(nèi)置鎖相比，它提供了更靈活的鎖操作。Lock接口的特性ReentrantLock是Lock接口的一個實現(xiàn)，它支持公平鎖和非公平鎖，允許嘗試獲取鎖時的中斷。ReentrantLock的基本使用Lock與ReentrantLockReentrantLock提供了比synchronized更豐富的功能，如嘗試非阻塞地獲取鎖、可中斷的鎖獲取等。ReentrantLock允許創(chuàng)建一個或多個Condition實例，實現(xiàn)復(fù)雜的線程間協(xié)調(diào)和通信。ReentrantLock與synchronized對比ReentrantLock的條件變量Condition接口Condition允許線程在等待某個條件成立時掛起，直到被其他線程喚醒，類似于Object的wait/notify機制。01Condition的基本使用Condition必須與Lock一起使用，它提供了比Object監(jiān)視器更靈活的線程間協(xié)作方式。02Condition與Lock的結(jié)合Condition支持創(chuàng)建公平鎖，確保等待時間最長的線程優(yōu)先獲得通知，避免饑餓現(xiàn)象。03Condition的公平性Condition接口Condition提供了更精細的中斷處理機制，允許線程在等待某個條件時響應(yīng)中斷。Condition的中斷處理一個Lock可以關(guān)聯(lián)多個Condition實例，允許線程根據(jù)不同的條件進行等待和通知，提高效率。Condition的多條件等待并發(fā)集合類01ConcurrentHashMap是線程安全的哈希表，適用于高并發(fā)環(huán)境，通過分段鎖技術(shù)減少鎖競爭。02CopyOnWriteArrayList是一個線程安全的ArrayList變體，通過復(fù)制底層數(shù)組來實現(xiàn)寫操作的線程安全。03BlockingQueue接口提供了線程安全的隊列操作，常用于生產(chǎn)者-消費者模式，如ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue。ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayListBlockingQueue接口線程池的使用與原理03線程池的概念線程池是一種基于池化思想管理線程的資源池，可以有效控制線程數(shù)量，減少資源消耗。線程池定義0102線程池主要由工作線程、任務(wù)隊列、線程工廠、拒絕策略等組成，共同協(xié)作完成任務(wù)處理。線程池組成03使用線程池可以減少在創(chuàng)建和銷毀線程上所花的時間和資源，提高程序性能和響應(yīng)速度。線程池優(yōu)勢線程池的創(chuàng)建與管理01線程池的初始化通過Executors工具類或ThreadPoolExecutor直接創(chuàng)建線程池，設(shè)置核心線程數(shù)、最大線程數(shù)等參數(shù)。02任務(wù)提交與執(zhí)行向線程池提交任務(wù)，線程池根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和配置決定是立即執(zhí)行還是放入隊列等待。03線程池的動態(tài)調(diào)整根據(jù)任務(wù)執(zhí)行情況動態(tài)調(diào)整線程池參數(shù)，如增加線程數(shù)或調(diào)整隊列大小，以優(yōu)化性能。04線程池的關(guān)閉與資源回收調(diào)用shutdown或shutdownNow方法關(guān)閉線程池，優(yōu)雅地終止所有正在執(zhí)行的任務(wù)并釋放資源。線程池的工作原理當(dāng)任務(wù)隊列滿時，線程池根據(jù)配置的拒絕策略來處理新提交的任務(wù)，如丟棄、排隊等待或調(diào)用者運行。拒絕策略執(zhí)行線程池通過內(nèi)部任務(wù)隊列管理待執(zhí)行的任務(wù)，確保線程資源的有效利用和任務(wù)的有序執(zhí)行。任務(wù)隊列管理線程池維護線程的生命周期，包括創(chuàng)建、執(zhí)行任務(wù)、休眠和終止，以優(yōu)化性能和資源管理。線程生命周期控制并發(fā)編程高級特性04Future與Callable01Future接口用于獲取異步任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，它代表了異步計算的結(jié)果，可以查詢?nèi)蝿?wù)是否完成。Future接口的作用02Callable接口類似于Runnable，但可以返回結(jié)果并拋出異常，而Runnable無法返回結(jié)果或拋出檢查型異常。Callable與Runnable的區(qū)別03FutureTask是一個可取消的異步計算任務(wù)，它實現(xiàn)了Future接口，可以包裝Callable或Runnable對象。使用FutureTask管理Callable任務(wù)Future與Callable調(diào)用Future的get方法會阻塞當(dāng)前線程，直到計算完成，然后返回結(jié)果或拋出異常。Future的get方法阻塞特性在并發(fā)編程中，F(xiàn)uture可以組合使用，例如使用ExecutorService提交多個Callable任務(wù)，并通過Future獲取結(jié)果。并發(fā)編程中的Future組合使用并發(fā)控制的原子類Java中的AtomicInteger等原子類提供無鎖的線程安全操作，適用于高并發(fā)場景下的計數(shù)器實現(xiàn)。01原子變量的使用使用原子類可以避免復(fù)雜的同步機制，簡化并發(fā)編程，提高程序的執(zhí)行效率和可讀性。02原子操作的優(yōu)勢CAS（Compare-And-Swap）是原子類的核心操作，它能確保操作的原子性，避免了傳統(tǒng)鎖的性能開銷。03比較并交換操作并發(fā)流與并行流Java8引入的StreamAPI支持并行操作，通過parallel()方法可將順序流轉(zhuǎn)換為并行流。流操作的并行化03并行流通過分割任務(wù)到多個子任務(wù)，并在多個線程上并行執(zhí)行，以提高處理大數(shù)據(jù)集的效率。并行流的定義與特點02并發(fā)流允許在不創(chuàng)建額外線程的情況下，利用現(xiàn)有的ForkJoinPool并發(fā)執(zhí)行任務(wù)。并發(fā)流的定義與特點01并發(fā)流與并行流并行流的性能依賴于數(shù)據(jù)大小、線程池大小和可用處理器數(shù)量，合理配置可提升效率。并行流的性能考量并行流操作中，確保線程安全是關(guān)鍵，需要使用線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或同步機制來避免競態(tài)條件。并行流與線程安全Java內(nèi)存模型與線程安全05內(nèi)存模型基礎(chǔ)Java內(nèi)存模型定義了主內(nèi)存和工作內(nèi)存的概念，工作內(nèi)存存儲變量副本，主內(nèi)存存儲共享變量。主內(nèi)存與工作內(nèi)存由于工作內(nèi)存和主內(nèi)存的交互延遲，可能導(dǎo)致線程間可見性問題，即一個線程修改了變量，其他線程看不到更新?？梢娦詥栴}Java內(nèi)存模型保證了基本數(shù)據(jù)類型的讀取和賦值操作的原子性，但復(fù)合操作如i++則需要額外的同步措施。原子性操作內(nèi)存模型基礎(chǔ)01指令重排序編譯器和處理器為了優(yōu)化性能，可能會對指令進行重排序，這在多線程環(huán)境下可能導(dǎo)致意外的行為。02內(nèi)存屏障內(nèi)存屏障是一種同步手段，用于控制指令重排序，確保特定操作的執(zhí)行順序，保證線程安全。線程安全問題多個線程同時訪問共享資源時，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致，如銀行賬戶余額的錯誤更新。共享資源競爭01線程間相互等待對方釋放資源，導(dǎo)致程序無法繼續(xù)執(zhí)行，例如兩個線程分別持有資源A和B，同時等待對方釋放。死鎖問題02一個線程對共享變量的修改對其他線程不可見，可能導(dǎo)致狀態(tài)不一致，如一個線程更新了標(biāo)志位，但其他線程未及時感知。內(nèi)存可見性問題03線程安全問題01使用線程安全的集合類如Vector或ConcurrentHashMap，可以避免在多線程環(huán)境下出現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不一致問題。02在多線程環(huán)境中，對共享變量的簡單操作（如自增）可能需要原子操作來保證線程安全，例如使用AtomicInteger類。線程安全的集合類原子操作的必要性鎖優(yōu)化技術(shù)偏向鎖自旋鎖優(yōu)化03偏向鎖通過減少鎖的獲取和釋放操作，優(yōu)化只有一個線程訪問同步塊的場景，提高單線程執(zhí)行效率。鎖粗化01自旋鎖通過循環(huán)等待，減少線程上下文切換，提高鎖的效率，適用于鎖持有時間短的場景。02鎖粗化技術(shù)是將多個細粒度的鎖合并為一個粗粒度的鎖，減少鎖競爭，提升性能。輕量級鎖04輕量級鎖在競爭不激烈時，通過CAS操作避免了傳統(tǒng)鎖的開銷，適用于多線程交替執(zhí)行同步塊的場景。并發(fā)編程實踐案例06多線程編程模式利用阻塞隊列實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者線程間的協(xié)作，如消息隊列處理系統(tǒng)。01通過ReadWriteLock實現(xiàn)對共享資源的高效讀寫操作，適用于讀多寫少的場景。02使用ExecutorService管理線程生命周期，提高資源利用率，如在線商城的訂單處理系統(tǒng)。03通過FutureTask或CompletableFuture實現(xiàn)異步計算，提高程序響應(yīng)性，例如在大數(shù)據(jù)處理中。04生產(chǎn)者-消費者模式讀寫鎖模式線程池模式Future模式并發(fā)庫在實際項目中的應(yīng)用在處理大量短時任務(wù)的Web服務(wù)器中，線程池能有效管理線程資源，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。線程池的使用在大數(shù)據(jù)處理框架中，如Hadoop，使用并發(fā)集合來存儲和處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集，提升處理效率。并發(fā)集合的利用在銀行系統(tǒng)中，鎖機制用于確保交易的原子性和一致性，防止數(shù)據(jù)不一致的問題。鎖機制的應(yīng)用在金融交易系統(tǒng)中，原子變量用于實現(xiàn)無鎖的并發(fā)計數(shù)器，保證交易計數(shù)的準(zhǔn)確性和線程安全。原