Java 동시성 기본 요약

동시성은 여러 프로그램을 병렬로 실행하거나 프로그램의 여러 부분을 병렬로 실행하는 기능입니다. 프로그램에서 시간이 많이 걸리는 작업을 비동기식 또는 병렬로 실행할 수 있으면 전체 프로그램의 처리량과 상호 작용성이 크게 향상됩니다. 현대 PC에는 다중 CPU가 있거나 CPU에 다중 코어가 있습니다. 다중 코어를 적절하게 사용하는 능력이 대규모 애플리케이션의 핵심이 될 것입니다.

스레드의 기본 사용

스레드가 실행 중일 때 실행되는 코드를 작성하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 Thread 하위 클래스의 인스턴스를 생성하고 run 메서드를 재정의하는 것이고, 두 번째는 Runnable 인터페이스를 구현할 때 클래스를 만드는 것입니다. 물론 Callable을 구현하는 것도 방법 중 하나입니다. Callable과 Future를 조합하면 작업 완료 후 반환 값을 얻을 수 있지만 Runnable 및 Thread 메서드는 작업 실행 후 결과를 얻을 수 없습니다.

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();        
        new Thread(myThread).start();        
        new MyThreas2().start();
    }
}// 第一种方式，实现Runable接口class MyThread implements Runnable {
    @Override    
    public void run() {
        System.out.println("MyThread run...");
    }
}// 第二种方式，继承Thread类，重写run()方法class MyThreas2 extends Thread {
    @Override    
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2 run...");
    }
}

스레드가 시작되면 마치 run() 메서드가 다른 CPU에서 실행된 것처럼 start() 메서드는 run() 메서드의 실행이 완료될 때까지 기다리지 않고 즉시 반환됩니다.

참고: 스레드를 생성하고 실행할 때 흔히 저지르는 실수는 아래와 같이 start() 메서드 대신 스레드의 run() 메서드를 호출하는 것입니다.

Thread newThread = new Thread(MyRunnable());
newThread.run();  //should be start();

처음에는 그렇지 않습니다. run() 메서드가 실제로 예상한 대로 호출되었기 때문에 뭔가 잘못되었다고 느낄 것입니다. 그러나 실제로 run() 메서드는 방금 생성된 새 스레드에 의해 실행되는 것이 아니라 현재 스레드에 의해 실행됩니다. 즉, 위의 두 줄의 코드를 실행하는 스레드에 의해 실행됩니다. 생성된 새 스레드가 run() 메서드를 실행하도록 하려면 새 스레드의 start 메서드를 호출해야 합니다.

Callable과 Future는 작업 실행 후 반환 값 가져오기를 구현하기 위해 결합되었습니다.

public static void main(String[] args) {
    ExecutorService exec = Executors.newSingleThreadExecutor();
    Future<String> future = exec.submit(new CallTask());
    System.out.println(future.get());
}class CallTask implements Callable {
    public String call() {        
    return "hello";
    }
}

스레드 이름을 스레드로 설정합니다.

MyTask myTask = new MyTask();
Thread thread = new Thread(myTask, "myTask thread");

thread.start();
System.out.println(thread.getName());

생성 시 스레드를 생성할 때 스레드에 이름을 지정할 수 있습니다. 이는 서로 다른 스레드를 구별하는 데 도움이 됩니다.

휘발성

동기화와 Volatile은 모두 다중 스레드 동시 프로그래밍에서 중요한 역할을 하며 다중 프로세서 개발에서 변수 공유를 보장합니다. 가시성은 한 스레드가 공유 변수를 수정할 때 다른 스레드가 수정된 값을 읽을 수 있음을 의미합니다. 어떤 경우에는 동기화보다 비용이 저렴하지만 휘발성은 변수의 원자성을 보장할 수 없습니다.

휘발성 변수가 작성되면(어셈블리 아래에 잠금 명령이 있음) 잠금 명령은 멀티 코어 시스템에서 두 가지 기능을 갖습니다.

현재 CPU 캐시 라인을 다시 시스템 메모리.
이 쓰기 저장 작업으로 인해 다른 CPU에 의해 캐시된 데이터가 주소가 유효하지 않게 변경됩니다.
여러 CPU는 캐시 일관성 원칙을 따릅니다. 각 CPU는 버스에 전송되는 데이터를 스니핑하여 캐시 값이 만료되었는지 확인합니다. 캐시에 해당하는 메모리 주소가 수정된 것으로 확인되면 해당 캐시 라인이 변경됩니다. Invalid 상태로 설정하면 다음 데이터 작업이 시스템 메모리에서 다시 읽혀집니다. 휘발성에 대한 자세한 내용을 보려면 클릭하여 Volatile 구현 원리에 대한 심층 분석을 확인하세요.

동기화

동기화는 항상 다중 스레드 동시 프로그래밍에서 베테랑 역할을 해왔습니다. 많은 사람들이 이를 헤비급 잠금이라고 부르겠지만, Java SE1.6에서는 동기화가 다양한 방식으로 최적화되었습니다. .. 그 이후에는 그다지 무겁지 않은 경우도 있었습니다.

Java의 모든 객체는 잠금으로 사용될 수 있습니다. 스레드가 동기화된 코드 블록에 액세스하려고 하면 먼저 잠금을 획득하고 종료하거나 예외를 발생시킬 때 잠금을 해제해야 합니다.

동기화 메서드의 경우 잠금은 현재 인스턴스 개체입니다.
정적 동기화 방법의 경우 잠금은 현재 개체의 Class 개체입니다.
동기화 메소드 블록의 경우 잠금은 동기화 괄호로 구성된 객체입니다.
동기화 키워드는 상속될 수 없습니다. 즉, 기본 클래스의 동기화 메서드가 하위 클래스에서는 기본적으로 동기화되지 않는다는 의미입니다. 스레드가 동기화된 코드 블록에 액세스하려고 하면 먼저 잠금을 획득하고 종료하거나 예외를 발생시킬 때 잠금을 해제해야 합니다. Java의 모든 객체는 잠금으로 사용될 수 있는데 잠금은 어디에 있습니까? 잠금은 Java 객체 헤더에 저장됩니다. 객체가 배열 유형인 경우 가상 머신은 객체 헤더를 저장하기 위해 3워드(워드 너비)를 사용합니다. (단어 너비) 개체 헤더를 저장합니다. 더 많은 동기화된 지식을 보려면 Java SE1.6에서 동기화를 클릭하세요.

스레드 풀

스레드 풀은 작업자 스레드 관리를 담당하며 실행 대기 중인 작업 대기열을 포함합니다. 스레드 풀의 작업 큐는 Runnable의 모음이며 작업자 스레드는 작업 큐에서 Runnable 개체를 꺼내 실행하는 역할을 담당합니다.

ExecutorService executor  = Executors.newCachedThreadPool();
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    executor.execute(new MyThread2());
}executor.shutdown();

Java는 Executor를 통해 4가지 유형의 스레드 풀을 제공합니다.

newCachedThreadPool: 캐시 가능한 스레드 풀을 생성합니다. 새 작업의 경우 유휴 스레드가 없으면 새 스레드가 생성됩니다. . 유휴 스레드가 있는 경우 일정 시간이 지나면 재활용됩니다.

newFixedThreadPool: 고정된 개수의 스레드로 스레드 풀을 생성합니다.

newSingleThreadExecutor: 하나의 스레드만 사용하여 작업을 실행하는 단일 스레드 풀을 생성하여 모든 작업이 FIFO 순서로 실행되도록 합니다.

newScheduledThreadPool: 예약 및 주기적인 작업 실행을 지원하기 위해 고정 길이 스레드 풀을 생성합니다.

위 스레드 풀의 하위 레이어는 모두 ThreadPoolExecutor를 호출하여 스레드 풀을 생성합니다.

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue)

corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。

maximumPoolSize（线程池最大大小）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大这个时间，提高线程的利用率。

TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS），小时（HOURS），分钟（MINUTES），毫秒(MILLISECONDS)，微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。，可以选择的阻塞队列有以下几种：

workQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。

ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO （先进先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。

SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。

PriorityBlockingQueue：一个具有优先级得无限阻塞队列。

当提交新任务到线程池时，其处理流程如下：

1.先判断基本线程池是否已满？没满则创建一个工作线程来执行任务，满了则进入下个流程。 
2.其次判断工作队列是否已满？没满则提交新任务到工作队列中，满了则进入下个流程。 
3.最后判断整个线程池是否已满？没满则创建一个新的工作线程来执行任务，满了则交给饱和策略来处理这个任务。