Java Util Concurrent 包笔记

Java Util Concurrent 这个包值得反复看
这里只是记录一些相对比较粗略的设计tips，
越来越觉得优秀的软件设计都在细节里面，所以有心人需要不断的研究细节；

AQS abstractQueueSynchronizer

• 通过cas + 队列 的方式来实现 同步器的效果； cas 主要处理 state 的状态，0 为 unlock状态，非0 为locked 状态；
  队列用来维护等待的线程，通过连接关系来处理 先驱和后继线程， 在公平锁实现的时候，很有用；
• 对于state 变量， 如果只支持0.1，则是独占锁，如果支持 state > 0, 则为共享锁；ReentrantLock；ReentrantReadWriteLock
  是典型的shared锁，每进入一次就可以state增加一次；
• 读写锁并没有使用两个state，而是一个state的高低bit 位，来记录读写的状态； bit 高低位在juc中用的很多；
• aqs 是其他同步器的基石； countdownlatch，也是 shared 锁， state =0，的时候 await（tryaccquire）才能够返回；
• cycleBarrier，用的是条件变量condition，由lock创建，可以精确的唤醒一组线程，比object的wait和notify机制要表达能力强；
  cycleBarrier比如为10， 那么没调用一个await 就会减一，如果为0， 就 sinallAll， cycleBarrier，达到0之后，会有一个reset操作，所以
  cycleBarrier是可以重复使用的；
• semaphore，个人经常用来控制流量，机制和countLatch相反， 初始化permit为10个，accquire，如果 state >0, 就不用返回，<=0,则需要阻塞等待；
• 其他用的不是很多的同步器。Exchanger，适合两个线程之间交互信息，特别适合两个线程组成pair的形式，相互准备好数据之后，进行transfer；
  另外一个是phaser，可以理解为countdownlatch的增强版本，可以动态增加删除等待的线程数，而且phaser有一个阶段的概念，可以reset重复使用；

线程池

• executor执行框架的核心，queue， 线程， futureTask； 大概有3种；我们最常用的Poolexecutor,schedulePoolExecutor,forkjoin
• ThreadPoolExecutor，的核心，coresize，maxsize，queue，keepalive， abortPolicy；coreszie会一直创建，之后放入pool中，然后maxsize； 如果还有未处理的任务，就使用拒绝策略，
  默认 rejectException； 等到任务load没那么大的时候就需要回收线程； java回收的实现也是非常的优雅，他是从 queue 进行pool，如果 keepAlive 时间之后，还没有返回，就会超时，那么这个线程就会回收；
• juc中，引入了callable和future 的支持； 本质是一个FutureTask，futuetask 的表达能力要比之前的runnable强很多，有返回值，可以抛出异常，并且可以 get阻塞，还可以取消；
  FutureTask，可以被多个线程等待，由一个NodeList维护，runable执行完成之后，会通知等待的线程；
• 通过变化线程池的参数，可以组合适用不同场景的线程池，Executors工具类提供了很多静态工厂方法；FixPool用的比较多，还有newCachedThreadPool，coresize=0，maxSize无限大，没有缓存队列，任何任务都创建线程，
  适合短平快的工作任务；另外一个重要的参数就是threadFactory，可以定义我们想要创建的线程，比如命名规则，优先级等；
• 参数的可变性，由于这些参数的重要性，对参数的修改可以大幅度修改线程池的行为，但是在工厂方法里，有些singleThreadPool，他的时限是一个ProxyWrapper，就是对于参数修改的接口进行了隐藏；
  以防止不必要的修改，类似于Immutable的包装形式；
• executors里面，还有另外一类，schedulePool，他对应的是scheduleExecuteService；他是common 形式的一个派生，任务是重复执行的主要依赖的是DelayQueue，scheduleTask有时间的信息，task在DelayQueue里面
  按照倒计时的时间排序，是一个逆序的堆结构，take的时候，会阻塞线程；直到delay时间到了。
• executors里面，还有一个是forkjoinPool, 这个我们平时没注意，但是有两个地方的内部实现就是用的forkJOinpool。 一个是stream。的parallel模式， 一个就是CompletableFuture的异步模式，都是默认用
  forkjoinpool，采用默CPU个线程。 forkJoinPool的实现很复杂，大概的思想就是一个thread 一个pool，然后空闲的thread stealing task；比较适合计算密集型的任务，最后是能够实现 分治模式，子task和父亲task有依赖关系的，
  这样可以在一个queue里面，不用切换；
• completableFuture，函数是编程范式，异步任务的回调非常方便，依赖completeStage把不同的operation组装成链式结构，运行时由stack处理上下任务的依赖和触发关系；

集合类

• concurrentHashMap，从segment到 slot级别，链表到红黑书，resize 的幂次性；
• navigatableMap/Set， 平时用的少，其实很好用，特别是floor/ceil方法，
• skipListMap/Set，没有使用红黑书，而是使用跳跃表来实现key的有序性；
• copyOnwriteArrayList， 读和写都不互斥，有非常高的读性能，写的时候，从新copy一个数组，然后switch，有短暂的不一致性；写的性能不高；

BlockingQueue

• BlockingQueue，FIFO；DeQueue；两端都可以出入；
• ArrayBlockingQUeue,用的就是环形数组， readIndex和putIndex，空间和效率的平衡；使用一个锁+两个条件遍历，控制空+full状态下的queue的操作；
• linklistBlockingQueue，使用Node节点结构；更加复杂的内存分配和gc压力；使用take和put两把锁，并发吞吐量更高；
• 优先级队列和delayQueue都是堆结构的队列，可以实现自己comparator，控制排序；
• SynchronousQueue，和transfer机制类似， insert 必须要有一个 take配对，目前看用于 cacheThreadPool里面；

其他工具类

• 依赖unsafe工具，读取内存偏移量，然后CAS操作内存的值；同时支持一些基本类型的数组模式，对于数组模式唯一不同的就是计算index 对应的内存偏移量；
• 同时提供了一个高并发下的累加器，longAdd， 超高并发下，比atomicLong的效率高，采用了分段的模式，把long 变成 多个cell段，效果就是对同一个资源的cas，变成对多段的cas；
  cell，使用了@sun.misc.Contended ，处理伪共享的概念，每个contented对象64个字节，刚好一个cache Line，而不会连累其他的变量频繁被invalid；** tHashMap 的count方法，基本使用了一模一样的思路。 使用baseCount+counterCell[],分段计数器的方式来计数，以便提高并发度 **
• StampedLock，更加高效的锁模式，读写乐观锁，使用bit 分段技术， 低位记录读线程数，另一位记录写线程数，高位seg记录版本号； 每次更新都需要递增，读的时候直接乐观读，在判断是否时间戳Version
  被修改，如果修改退回到readWriteLock；
• ThreadLocalRandom， 虽然random也是线程安全，但是每次都会刷新seed，需要加锁互斥；threadlocalRandom为每个线程维护自己的seed，效率更高；