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并发编程必会知识点

标签：

Java

一、死锁

线程死锁

死锁是指两个或者两个以上的线程在执行的过程中，因争夺资源产生的一种互相等待现象。

假设线程 A 持有资源 1，线程 B 持有资源 2，它们同时都想申请对方的资源，那么这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

使用 Java 代码模拟上述死锁场景：

public class Resources {
    public static final Object resource1 = new Object(); // 资源 1
    public static final Object resource2 = new Object(); // 资源 2
}

public class ThreadA extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        synchronized (Resources.resource1) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Resource-1");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get Resource-2");
            synchronized (Resources.resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Resource-2");
            }
        }
    }
}

public class ThreadB extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        synchronized (Resources.resource2) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Resource-2");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get Resource-1");
            synchronized (Resources.resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Resource-1");
            }
        }
    }
}

public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread threadA=new ThreadA();
        threadA.setName("Thread A");
        threadA.start();

        Thread threadB=new ThreadB();
        threadB.setName("Thread B");
        threadB.start();
    }
}

输出结果：

Thread A get Resource-1
Thread B get Resource-2
Thread B waiting get Resource-1
Thread A waiting get Resource-2

线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后线程 A 休眠 1s，执行线程 B 获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。

上面的例子符合产生死锁的四个必要条件：

互斥：每个资源要么已经分配给了一个进程，要么就是可用的。
占有和等待：已经得到了某个资源的进程可以再请求新的资源。
不可抢占：已经分配给一个进程的资源不能强制性地被抢占，它只能被占有它的进程显式地释放。
环路等待：有两个或者两个以上的进程组成一条环路，该环路中的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。

死锁预防

在程序运行之前预防发生死锁。

破坏占有和等待条件：一种实现方式是规定所有进程在开始执行前请求所需要的全部资源。
破坏不可抢占条件：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
破坏环路等待条件：给资源统一编号，进程只能按编号顺序来请求资源。

我们对线程 B 的代码进行如下改造，就不会出现死锁了。

public class ThreadB extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        synchronized (Resources.resource1) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Resource-1");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " waiting get Resource-2");
            synchronized (Resources.resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get Resource-2");
            }
        }
    }
}

输出结果：

Thread A get Resource-1
Thread A waiting get Resource-2
Thread A get Resource-2
Thread B get Resource-1
Thread B waiting get Resource-2
Thread B get Resource-2

线程 A 首先获得到 resource1 的监视器锁，这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁，可以获取到。线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用，线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了环路等待条件，因此避免了死锁。

二、线程不安全示例

如果多个线程对同一个共享数据进行访问而不采取同步操作的话，那么操作的结果是不一致的。

以下代码演示了 1000 个线程同时对 cnt 执行自增操作，操作结束之后它的值有可能小于 1000。

public class ThreadUnsafeExample {

    private int cnt = 0;

    public void add() {
        cnt++;
    }

    public int get() {
        return cnt;
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final int threadSize = 1000;
    ThreadUnsafeExample example = new ThreadUnsafeExample();
    final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    for (int i = 0; i < threadSize; i++) {
        executorService.execute(() -> {
            example.add();
            countDownLatch.countDown();
        });
    }
    countDownLatch.await();
    executorService.shutdown();
    System.out.println(example.get());
}

输出结果：

998 //如果线程是安全的最终结果就是 1000

解决线程安全问题：

方案一：使用 AtomicInteger（实际上非阻塞同步）

public class ThreadSafeExample {
    // cnt 的初始值为 0。
    private AtomicInteger cnt = new AtomicInteger(0);

    public void add() {
        cnt.incrementAndGet();
    }

    public int get() {
        return cnt.get();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final int threadSize = 1000;
        ThreadSafeExample example = new ThreadSafeExample();
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < threadSize; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                example.add();
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(example.get());
    }
}

输出结果：

方案二：使用 synchronized（实际上是阻塞同步/互斥同步）

public class ThreadSafeExample2 {
    // cnt 的初始值为 0。
    private int cnt = 0;

    public synchronized void add() {
        cnt++;
    }

    public synchronized int get() {
        return cnt;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final int threadSize = 1000;
        ThreadSafeExample2 example = new ThreadSafeExample2();
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < threadSize; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                example.add();
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(example.get());
    }
}

输出结果：

方案三：使用 Reentrant（实际上是阻塞同步/互斥同步）

public class ThreadSafeExample3 {
    // cnt 的初始值为 0。
    private int cnt = 0;

    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void add() {
        try{
            lock.lock();
            cnt++;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int get() {
        try{
            lock.lock();
            return cnt;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final int threadSize = 1000;
        ThreadSafeExample3 example = new ThreadSafeExample3();
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < threadSize; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                example.add();
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(example.get());
    }
}

输出结果：

三、实现线程安全方式

所谓线程安全就是说，多个线程不管以何种方式访问某个类，并且在主调代码中不需要进行同步，都能表现正确的行为。

线程安全有以下几种实现方式：不可变、互斥同步、非阻塞同步、无同步方案（栈封闭和线程本地存储）

不可变

不可变（Immutable）的对象一定是线程安全的，不需要再采取任何的线程安全保障措施。只要一个不可变的对象被正确地构建出来，永远也不会看到它在多个线程之中处于不一致的状态。多线程环境下，应当尽量使对象成为不可变，来满足线程安全。

不可变的类型：

final 关键字修饰的基本数据类型
String
枚举类型
Number 部分子类，如 Long 和 Double 等数值包装类型，BigInteger 和 BigDecimal 等大数据类型。但同为 Number 的原子类 AtomicInteger 和 AtomicLong 则是可变的。

对于集合类型，可以使用 Collections.unmodifiableXXX() 方法来获取一个不可变的集合。

public class ImmutableExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        Map<String, Integer> unmodifiableMap = Collections.unmodifiableMap(map);
        unmodifiableMap.put("a", 1);
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    at java.util.Collections$UnmodifiableMap.put(Collections.java:1457)
    at ImmutableExample.main(ImmutableExample.java:9)

Collections.unmodifiableXXX() 先对原始的集合进行拷贝，需要对集合进行修改的方法都直接抛出异常。

public V put(K key, V value) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

互斥同步

互斥同步最主要的问题就是线程阻塞和唤醒所带来的性能问题，因此这种同步也称为阻塞同步。

互斥同步属于一种悲观的并发策略：总是认为只要不去做正确的同步措施，那就肯定会出现问题。无论共享数据是否真的会出现竞争，它都要进行加锁。

Java 中 synchronized 和 ReentrantLock 等独占锁就是悲观锁思想的实现。

非阻塞同步

乐观锁基于冲突检测的乐观并发策略：先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，操作成功；如果数据存在竞争，就采用补偿措施（常见的有不断重试，直到成功）。这种乐观的并发策略的许多实现是不需要将线程挂起的，因此这种同步操作称为非阻塞同步。

1. CAS

乐观锁需要操作和冲突检测这两个步骤具备原子性，这里就不能再使用互斥同步来保证了，只能靠硬件来完成。、

硬件支持的原子性操作最典型的是：CAS（Compare-and-Swap）。

当多个线程尝试使用 CAS 同时更新一个共享变量时，只有其中一个线程能够更新共享变量中的值，其他线程都失败，失败的线程不会被挂起，而是被告知在这次竞争中失败，并且可以再次尝试。

CAS 指令需要有 3 个操作数，分别是内存地址 V、旧的预期值 A 和新值 B。当执行操作时，只有当 V 的值等于 A，才将 V 的值更新为 B。

2. 原子操作类

J.U.C 包里面的原子操作类的方法调用了 Unsafe 类的 CAS 操作。

无同步方案

要保证线程安全，并不是一定就要进行同步。如果一个方法本来就不涉及共享数据，那它自然就无须任何同步措施去保证正确性。

1. 栈封闭

多个线程访问同一个方法的局部变量时，不会出现线程安全问题，因为局部变量存储在虚拟机栈中，属于线程私有的。

public class StackClosedExample {
    public void add100() {
        int cnt = 0;
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            cnt++;
        }
        System.out.println(cnt);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    StackClosedExample example = new StackClosedExample();
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    executorService.execute(() -> example.add100());
    executorService.execute(() -> example.add100());
    executorService.shutdown();
}

100
100

2. 线程本地存储（Thread Local Storage）

如果一段代码中所需要的数据必须与其他代码共享，那就看看这些共享数据的代码是否能保证在同一个线程中执行。如果能保证，我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一个线程之内，这样，无须同步也能保证线程之间不出现数据争用的问题。

符合这种特点的应用并不少见，大部分使用消费队列的架构模式（如“生产者-消费者”模式）都会将产品的消费过程尽量在一个线程中消费完。其中最重要的一个应用实例就是经典 Web 交互模型中的“一个请求对应一个服务器线程”（Thread-per-Request）的处理方式，这种处理方式的广泛应用使得很多 Web 服务端应用都可以使用线程本地存储来解决线程安全问题。

可以使用 java.lang.ThreadLocal 类来实现线程本地存储功能。如果创建一个 ThreadLocal 变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个副本，在实际多线程操作的时候，操作的是自己本地内存中的变量，从而规避了线程安全问题。

ThreadLocal 示例

public class ThreadLocalExample {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            threadLocal.set(1);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(threadLocal.get());
            threadLocal.remove();
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            threadLocal.set(2);
            threadLocal.remove();
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

thread1 中设置 threadLocal 为 1，而 thread2 设置 threadLocal 为 2。过了一段时间之后，thread1 读取 threadLocal 依然是 1，不受 thread2 的影响。

ThreadLocal 原理

每个 Thread 都有一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap 对象。

public class Thread implements Runnable {
    
    // 与此线程有关的 ThreadLocal 值，由 ThreadLocal 类维护
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

默认情况下 threadLocals 变量值为 null，只有当前线程调用 ThreadLocal 类的 set() 或 get() 方法时才创建，实际上调用这两个方法的时候，我们调用的是ThreadLocalMap 类对应的 get()、set()方法。

当调用一个 ThreadLocal 的 set(T value) 方法时，先得到当前线程的 ThreadLocalMap 对象，然后将 <ThreadLocal 对象,value> 键值对插入到该 Map 中。变量是存放在当前线程的 ThreadLocalMap 中，并不是存在 ThreadLocal 中。

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t); // 获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

get() 方法类似。

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t); // 获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

所以对于以下代码：

public class ThreadLocalExample1 {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadLocal threadLocal1 = new ThreadLocal();
        ThreadLocal threadLocal2 = new ThreadLocal();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            threadLocal1.set(1);
            threadLocal2.set(1);
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            threadLocal1.set(2);
            threadLocal2.set(2);
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

其对应的底层结构图为：

由上图可以看出，ThreadLocal 从理论上讲并不是用来解决多线程并发问题的，因为根本不存在多线程竞争。

ThreadLocal 内存泄露问题

ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，而 value 是强引用。

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。ThreadLocalMap 中就会出现 key 为 null 的 Entry，如果我们不做任何措施的话，value 永远无法被 GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。

ThreadLocalMap 实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。应该尽可能在每次使用 ThreadLocal 后手动调用 remove()，以避免出现 ThreadLocal 经典的内存泄漏甚至是造成自身业务混乱的风险。

四、线程间通信

当多个线程可以一起工作去解决某个问题时，如果某些部分必须在其它部分之前完成，那么就需要对线程进行协调。

join()

在线程中调用另一个线程的 join() 方法，会将当前线程挂起，而不是忙等待，直到目标线程结束。

对于以下代码，虽然 b 线程先启动，但是因为在 b 线程中调用了 a 线程的 join() 方法，b 线程会等待 a 线程结束才继续执行，因此最后能够保证 a 线程的输出先于 b 线程的输出。

public class JoinExample {

    private class A extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("A");
        }
    }

    private class B extends Thread {

        private A a;

        B(A a) {
            this.a = a;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                a.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("B");
        }
    }

    public void test() {
        A a = new A();
        B b = new B(a);
        b.start();
        a.start();
    }
}

public static void main(String[] args) {
    JoinExample example = new JoinExample();
    example.test();
}

A
B

wait() & notify()/notifyAll()

调用 wait() 使得线程等待某个条件满足，线程在等待时会被挂起，当其他线程的运行使得这个条件满足时，其它线程会调用 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程。

它们都属于 Object 的一部分，而不属于 Thread。

只能用在同步方法或者同步控制块中使用，否则会在运行时抛出 IllegalMonitorStateException。

使用 wait() 挂起期间，线程会释放锁。这是因为，如果没有释放锁，那么其它线程就无法进入对象的同步方法或者同步控制块中，那么就无法执行 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程，造成死锁。

public class WaitNotifyExample {

    public synchronized void before() {
        System.out.println("before");
        notifyAll();
    }

    public synchronized void after() {
        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("after");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    WaitNotifyExample example = new WaitNotifyExample();
    executorService.execute(() -> example.after());
    executorService.execute(() -> example.before());
}

before
after

await() & signal()/signalAll()

java.util.concurrent 类库中提供了 Condition 类来实现线程之间的协调，可以在 Condition 上调用 await() 方法使线程等待，其它线程调用 signal() 或 signalAll() 方法唤醒等待的线程。

相比于 wait() 这种等待方式，await() 可以指定等待的条件，因此更加灵活。

使用 Lock 来获取一个 Condition 对象。

public class AwaitSignalExample {

    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    public void before() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("before");
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void after() {
        lock.lock();
        try {
            condition.await();
            System.out.println("after");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    AwaitSignalExample example = new AwaitSignalExample();
    executorService.execute(() -> example.after());
    executorService.execute(() -> example.before());
}

before
after

五、实现生产者和消费者

wait() & notifyAll()

public class ProducerConsumer {
    private static class Producer implements Runnable{
        private List<Integer> list;
        private int capacity;

        public Producer(List list, int capacity) {
            this.list = list;
            this.capacity = capacity;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (list) {
                    try {
                        String producer = Thread.currentThread().getName();
                        while (list.size() == capacity) {
                            System.out.println("生产者 " + producer +
                                    "  list 已达到最大容量，进行 wait");
                            list.wait();
                            System.out.println("生产者 " + producer +
                                    "  退出 wait");
                        }
                        Random random = new Random();
                        int i = random.nextInt();
                        System.out.println("生产者 " + producer +
                                " 生产数据" + i);
                        list.add(i);
                        list.notifyAll();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }

    private static class Consumer implements Runnable{
        private List<Integer> list;

        public Consumer(List list) {
            this.list = list;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (list) {
                    try {
                        String consumer = Thread.currentThread().getName();
                        while (list.isEmpty()) {
                            System.out.println("消费者 " + consumer +
                                    "  list 为空，进行 wait");
                            list.wait();
                            System.out.println("消费者 " + consumer +
                                    "  退出wait");
                        }
                        Integer element = list.remove(0);
                        System.out.println("消费者 " + consumer +
                                "  消费数据：" + element);
                        list.notifyAll();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final LinkedList linkedList = new LinkedList();
        final int capacity = 5;
        Thread producer = new Thread(new Producer(linkedList,capacity),"producer");
        Thread consumer = new Thread(new Consumer(linkedList),"consumer");

        consumer.start();
        producer.start();
    }
}

输出结果：

生产者 producer 生产数据-1652445373
生产者 producer 生产数据1234295578
生产者 producer 生产数据-1885445180
生产者 producer 生产数据864400496
生产者 producer 生产数据621858426
生产者 producer  list 已达到最大容量，进行 wait
消费者 consumer  消费数据：-1652445373
消费者 consumer  消费数据：1234295578
消费者 consumer  消费数据：-1885445180
消费者 consumer  消费数据：864400496
消费者 consumer  消费数据：621858426
消费者 consumer  list 为空，进行 wait
生产者 producer  退出 wait

await() & sigalAll()

public class ProducerConsumer {
    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    private static Condition full = lock.newCondition();
    private static Condition empty = lock.newCondition();

    private static class Producer implements Runnable{
        private List<Integer> list;
        private int capacity;

        public Producer(List list, int capacity) {
            this.list = list;
            this.capacity = capacity;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    lock.lock();
                    String producer = Thread.currentThread().getName();
                    while (list.size() == capacity) {
                        System.out.println("生产者 " + producer +
                                           "  list 已达到最大容量，进行 wait");
                        full.await();
                        System.out.println("生产者 " + producer +
                                           "  退出 wait");
                    }
                    Random random = new Random();
                    int i = random.nextInt();
                    System.out.println("生产者 " + producer +
                                       " 生产数据" + i);
                    list.add(i);
                    empty.signalAll();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

    private static class Consumer implements Runnable{
        private List<Integer> list;

        public Consumer(List list) {
            this.list = list;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    lock.lock();
                    String consumer = Thread.currentThread().getName();
                    while (list.isEmpty()) {
                        System.out.println("消费者 " + consumer +
                                           "  list 为空，进行 wait");
                        empty.await();
                        System.out.println("消费者 " + consumer +
                                           "  退出wait");
                    }
                    Integer element = list.remove(0);
                    System.out.println("消费者 " + consumer +
                                       "  消费数据：" + element);
                    full.signalAll();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final LinkedList linkedList = new LinkedList();
        final int capacity = 5;
        Thread producer = new Thread(new Producer(linkedList,capacity),"producer");
        Thread consumer = new Thread(new Consumer(linkedList),"consumer");

        consumer.start();
        producer.start();
    }
}

输出结果：

生产者 producer 生产数据-1748993481
生产者 producer 生产数据-131075825
生产者 producer 生产数据-683676621
生产者 producer 生产数据1543722525
生产者 producer 生产数据804266076
生产者 producer  list 已达到最大容量，进行 wait
消费者 consumer  消费数据：-1748993481
消费者 consumer  消费数据：-131075825
消费者 consumer  消费数据：-683676621
消费者 consumer  消费数据：1543722525
消费者 consumer  消费数据：804266076
消费者 consumer  list 为空，进行 wait
生产者 producer  退出 wait

阻塞队列

public class ProducerConsumer {

    private static class Producer implements Runnable{
        private BlockingQueue<Integer> queue;

        public Producer(BlockingQueue<Integer> queue) {
            this.queue = queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    String producer = Thread.currentThread().getName();
                    Random random = new Random();
                    int i = random.nextInt();
                    System.out.println("生产者 " + producer +
                            " 生产数据" + i);
                    queue.put(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    private static class Consumer implements Runnable{
        private BlockingQueue<Integer> queue;

        public Consumer(BlockingQueue<Integer> queue) {
            this.queue =queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    String consumer = Thread.currentThread().getName();
                    Integer element = queue.take();
                    System.out.println("消费者 " + consumer +
                            "  消费数据：" + element);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
        Thread producer = new Thread(new Producer(queue),"producer");
        Thread consumer = new Thread(new Consumer(queue),"consumer");

        consumer.start();
        producer.start();
    }
}

输出结果：

生产者producer生产数据-222876564
消费者consumer正在消费数据-906876105
生产者producer生产数据-9385856
消费者consumer正在消费数据1302744938
生产者producer生产数据-177925219
生产者producer生产数据-881052378
生产者producer生产数据-841780757
生产者producer生产数据-1256703008
消费者consumer正在消费数据1900668223
消费者consumer正在消费数据2070540191
消费者consumer正在消费数据1093187
消费者consumer正在消费数据6614703
消费者consumer正在消费数据-1171326759

六、多线程编程实战

LeetCode-按序打印

1114. 按序打印

参考代码：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

class Foo {

    private CountDownLatch countDownLatchA; //等待 A 线程执行完
    private CountDownLatch countDownLatchB; //等待 B 线程执行完

    public Foo() {
        countDownLatchA = new CountDownLatch(1); //只等待一个线程，即 A 线程
        countDownLatchB = new CountDownLatch(1); //只等待一个线程，即 B 线程
    }

    public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {

        // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
        printFirst.run();
        countDownLatchA.countDown();
        //减去 1 后，cnt =0 那些因为调用 await() 方法而在等待的线程就会被唤醒。
    }

    public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
        countDownLatchA.await();
        // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
        printSecond.run();
        countDownLatchB.countDown();
        //减去 1 后，cnt =0 那些因为调用 await() 方法而在等待的线程就会被唤醒。
    }

    public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
        countDownLatchB.await();
        // printThird.run() outputs "third". Do not change or remove this line.
        printThird.run();
    }
}

多线程良好开发习惯

给线程起个有意义的名字，这样可以方便找 Bug。
缩小同步范围，从而减少锁争用。例如对于 synchronized，应该尽量使用同步块而不是同步方法。
多用同步工具少用 wait() 和 notify()。首先，CountDownLatch, CyclicBarrier, Semaphore 和 Exchanger 这些同步类简化了编码操作，而用 wait() 和 notify() 很难实现复杂控制流；其次，这些同步类是由最好的企业编写和维护，在后续的 JDK 中还会不断优化和完善。
使用 BlockingQueue 实现生产者消费者问题。
多用并发集合少用同步集合，例如应该使用 ConcurrentHashMap 而不是 Hashtable。
使用本地变量和不可变类来保证线程安全。
使用线程池而不是直接创建线程，这是因为创建线程代价很高，线程池可以有效地利用有限的线程来启动任务。

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线程死锁

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三、实现线程安全方式

不可变

互斥同步

非阻塞同步

1. CAS

2. 原子操作类

无同步方案

1. 栈封闭

2. 线程本地存储（Thread Local Storage）

ThreadLocal 示例

ThreadLocal 原理

ThreadLocal 内存泄露问题

四、线程间通信

join()

wait() & notify()/notifyAll()

await() & signal()/signalAll()

五、实现生产者和消费者

wait() & notifyAll()

await() & sigalAll()

阻塞队列

六、多线程编程实战

LeetCode-按序打印

多线程良好开发习惯

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