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本次的分享主要圍繞以下兩個(gè)方面：
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Lambda入門
多線程技術(shù)
一、Lambda入門
Lambda起源于數(shù)學(xué)中的λ演算中的一個(gè)匿名函數(shù)，從它的起源我們可以知道，Lambda本身就是一個(gè)匿名函數(shù)，是Java8才推出的亮點(diǎn)，體現(xiàn)了函數(shù)式編程的思想。現(xiàn)在主流的編程語(yǔ)言都包含了函數(shù)式編程的特性，Java8在進(jìn)化過(guò)程中吸收了該特性，作為面向編程對(duì)象的補(bǔ)充。
Lambda基本語(yǔ)法如下圖所示，Lambda語(yǔ)法較為簡(jiǎn)單，和普通函數(shù)相比，沒(méi)有返回值以及函數(shù)名，它的參數(shù)和執(zhí)行語(yǔ)句之間通過(guò)->連接，表示參數(shù)將傳遞到語(yǔ)句中執(zhí)行。Lambda表達(dá)式還有兩種簡(jiǎn)化表達(dá)式的方法，當(dāng)表達(dá)式中只有一個(gè)執(zhí)行語(yǔ)句時(shí)，可以省略語(yǔ)句的{}；如果接口的抽象方法只有一個(gè)形參，（）可以省略，只需要參數(shù)的名稱即可。Lambda可以替代特定匿名內(nèi)部類，Lambda表達(dá)式不能單獨(dú)存在，在使用時(shí)必須繼承函數(shù)式接口。
下圖示例中的***個(gè)Lambda表達(dá)式，形參列表的數(shù)據(jù)類型會(huì)自動(dòng)推斷，只需要參數(shù)名稱。
代碼示例：
在上圖展示的代碼中，代碼中的匿名內(nèi)部類繼承了Flyable接口，實(shí)現(xiàn)了接口中的fly()方法。代碼準(zhǔn)備了Lambda表達(dá)式重新實(shí)現(xiàn)了Flyable接口。根據(jù)代碼中的輸出命令，執(zhí)行結(jié)果顯示Lambda表達(dá)式起到了和匿名內(nèi)部類相同的作用。代碼中，并沒(méi)有定義Lambda表達(dá)式的參數(shù)類型，但是我們也可以在Lambda表達(dá)式中定義符合要求的類型flyable=(int t)->System.out.println(“I can fly by Lambda”)，如果參數(shù)類型與接口中方法參數(shù)類型不一致flyable=(String t)->System.out.println(“I can fly by Lambda”)，編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)。
假如接口實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方法，匿名內(nèi)部類可以重寫新的方法。但是，Lambda表達(dá)式?jīng)]法做到這一點(diǎn)，編譯后，將會(huì)提示發(fā)現(xiàn)有多個(gè)需要重寫的抽象方法。因此，Lambda表達(dá)式在實(shí)現(xiàn)接口時(shí)，只允許接口中有一個(gè)抽象方法，我們將這樣的接口稱為函數(shù)式接口，Java8中提供了注解@FunctionalInterface檢驗(yàn)接口是否為函數(shù)式接口，如果不是，注解將會(huì)報(bào)錯(cuò)。另外，代碼嘗試使用Lambda表達(dá)式替代抽象類的匿名內(nèi)部類的寫法，但會(huì)報(bào)錯(cuò)，提示必須繼承函數(shù)式接口。因此，Lambda可以替代特定匿名內(nèi)部類，簡(jiǎn)化代碼，但是必須繼承函數(shù)式接口。
二、多線程技術(shù)
1.進(jìn)程與線程
進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序，關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。線程是進(jìn)程的一個(gè)實(shí)體，是CPU分配調(diào)度的基本單位，代碼的執(zhí)行體。從概念上，我們可以知道進(jìn)程是程序的一次運(yùn)行活動(dòng)，需要系統(tǒng)進(jìn)行分配和調(diào)度的；線程是最終代碼的執(zhí)行體，是CPU分配調(diào)度的基本單位。同一個(gè)進(jìn)程中可以包括多個(gè)線程，并且線程共享整個(gè)進(jìn)程的資源，一個(gè)進(jìn)程至少包括一個(gè)線程。如果在理解概念時(shí)很費(fèi)解，想要充分理解這些概念，我們可以采用反抽象的方法，即聯(lián)系，我們需要在實(shí)際生活中尋找符合概念描述的事物。舉例說(shuō)明：我們經(jīng)常說(shuō)安卓手機(jī)比較卡，手機(jī)上App跑的太多，導(dǎo)致內(nèi)存不足，那么我們?cè)谑謾C(jī)上看到的這些App，就是一個(gè)個(gè)程序；在手機(jī)卡頓時(shí)，雙擊home鍵，看到有App在后臺(tái)運(yùn)行，這是我們看到的這些app就是進(jìn)程。進(jìn)程是需要系統(tǒng)分配資源的，資源相當(dāng)于手機(jī)的內(nèi)存。通過(guò)這個(gè)例子，我們可以加深對(duì)進(jìn)程和程序概念上的理解。另外，我們也可以通過(guò)反抽象的方法理解進(jìn)程與線程的概念。舉例說(shuō)明：公司運(yùn)轉(zhuǎn)與員工工作，這里的公司，我們可以對(duì)應(yīng)到程序；進(jìn)程是程序的運(yùn)行活動(dòng)，這里的進(jìn)程，我們可以理解為公司的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，公司想要正常運(yùn)轉(zhuǎn)，離不開(kāi)員工的工作，員工是公司運(yùn)轉(zhuǎn)不可分割的實(shí)體，只有員工才是真正做事的人，因此我們可以將線程類比員工。
2.線程的生命周期
下圖為線程的狀態(tài)圖。所謂的生命周期，指的是線程從出生到死亡過(guò)程中，經(jīng)歷的一系列狀態(tài)。線程通過(guò)創(chuàng)建Thread的一個(gè)實(shí)例new Thread()進(jìn)入new新建狀態(tài)；之后調(diào)用start()方法進(jìn)入等待被分配時(shí)間片，進(jìn)入runnable狀態(tài)；之后，線程獲得CPU資源執(zhí)行任務(wù)，進(jìn)入running狀態(tài)；當(dāng)線程執(zhí)行完畢或被其它線程殺死，線程就進(jìn)入dead死亡狀態(tài)；如果由于某種原因?qū)е抡谶\(yùn)行的線程讓出CPU并暫停自己的執(zhí)行，即進(jìn)入blocked堵塞狀態(tài)，在多種條件下，blocked狀態(tài)可以恢復(fù)成runnable狀態(tài)，最終在線程重新拿到時(shí)間片后，就可以進(jìn)入running狀態(tài)重新運(yùn)行。在running狀態(tài)下，如果時(shí)間片用完了或者線程主動(dòng)放棄CPU的使用，線程重新回到runnable狀態(tài)。
時(shí)間片指的是CPU的時(shí)間片段，CPU將它的可執(zhí)行時(shí)間分成很多片段，每個(gè)片段隨機(jī)分配給處在runnable狀態(tài)下的線程，這樣可以達(dá)到并發(fā)的效果。假設(shè)我有一個(gè)單核的CPU，通過(guò)分割很多的時(shí)間片，每個(gè)程序都有機(jī)會(huì)運(yùn)行，仍然可以跑很多的程序，宏觀上看是并發(fā)的，但是由于只有一個(gè)CPU，實(shí)際上程序還是串行的。
我們可以通過(guò)閱讀JDK的Thread類注釋，創(chuàng)建并使用線程，如下圖所示。
按照J(rèn)DK的注釋，下圖代碼中使用了兩種創(chuàng)建線程的方法。由于Runnable是一個(gè)函數(shù)式接口，因此代碼中使用Lambda表達(dá)式替代匿名內(nèi)部類，再將runnable傳遞給Thread，使用start()啟動(dòng)線程。
上述代碼結(jié)果如下圖所示。在下圖代碼中，如果我們將t.start();替換成t.run()，打印結(jié)果將會(huì)變成：
Thread Thread run
Main runnable run.
Main
這說(shuō)明run()方法并沒(méi)有真正啟動(dòng)線程，run()方法只是在當(dāng)前的線程中執(zhí)行了run中的函數(shù)。
3. 線程協(xié)作
并行與協(xié)作：線程在并發(fā)的過(guò)程中更多的是協(xié)作關(guān)系，就像之前的概念中所提到的，進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的單位，線程本身并沒(méi)有多少分配資源，除了維護(hù)自己必須的內(nèi)存開(kāi)銷之外，線程的所有資源都是在進(jìn)程中。多線程在使用競(jìng)爭(zhēng)中資源時(shí)，存在搶占或者說(shuō)是共享的關(guān)系。
這時(shí)，多線程之間該如何協(xié)作，是需要我們?nèi)ソ鉀Q的。我們通過(guò)下面的代碼，學(xué)會(huì)使用關(guān)鍵字synchronized，以及理解臨界區(qū)，鎖的概念。
上圖代碼模擬售票操作。一共有10張票，三個(gè)售票員sellerA，seller，sellerC一起去售票，sell( )方法模擬售票行為。代碼啟動(dòng)線程之后，運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。售票員sellerA在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)將sell方法中的代碼全部跑完，票售空，但是sellerB與sellerC在線程并發(fā)時(shí)，也售出了第10張票，存在重復(fù)售票，這樣的操作是不合理的。
為了解決重復(fù)售票的問(wèn)題，我們可以使用Java中提供的同步關(guān)鍵字synchronized修飾sell( )方法，代碼如下圖所示。使用關(guān)鍵字synchronized修飾后，多線程在訪問(wèn)sell( )方法時(shí)，能保證只有一個(gè)線程執(zhí)行這個(gè)方法，當(dāng)前線程執(zhí)行完sell( )方法后，其他線程才能執(zhí)行sell( )方法。
執(zhí)行上述代碼后，輸出結(jié)果如下圖所示。從下面結(jié)果可以看到，代碼解決了重復(fù)售票的不合理問(wèn)題，但是仍然只有sellerA一個(gè)在售票。原因在于，通過(guò)關(guān)鍵字synchronized修飾sell( )方法后，sellerA在拿到sell( )方法的執(zhí)行權(quán)時(shí)，把里面的代碼一口氣執(zhí)行完了，也就是將票全部賣出，等sellerA執(zhí)行完后，sellerB和sellerC再執(zhí)行sell( )方法時(shí)，票數(shù)已經(jīng)為0，自然會(huì)出現(xiàn)下圖中沒(méi)有賣出一張票的現(xiàn)象。我們將方法sell( )中的內(nèi)容叫做臨界區(qū)，當(dāng)一個(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)后，其他線程必須等待該線程執(zhí)行完臨界區(qū)內(nèi)容后，才能進(jìn)入該臨界區(qū)。
下圖所示的代碼改善了上述sellerA一口氣賣完所有票的現(xiàn)象。代碼在方法體內(nèi)使用關(guān)鍵字synchronized，括號(hào)中的this表示一個(gè)對(duì)象或者一個(gè)類。代碼相較于上面的解決方法，將臨界區(qū)從整個(gè)方法縮小到兩行代碼。也就是說(shuō)多線程在執(zhí)行這兩行代碼時(shí)是同步的。
上圖代碼執(zhí)行結(jié)果如下圖所示。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，不再是只有sellerA在賣票。并且代碼每次執(zhí)行結(jié)果都是不一樣的，因?yàn)镃PU的時(shí)間片是隨機(jī)給出的。上述代碼中的try catch方法塊使線程睡50ms，延長(zhǎng)售票操作的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)可以執(zhí)行其他的操作（比如，將該票給某個(gè)顧客）。代碼改善過(guò)后，保證資源不是被獨(dú)占的，使資源分配均勻。
從上圖我們發(fā)現(xiàn)，存在無(wú)效票，原因在于：假設(shè)當(dāng)前票數(shù)為1，A進(jìn)入臨界區(qū)售票，而此時(shí)B已經(jīng)進(jìn)行判斷，在臨界區(qū)外等待了。當(dāng)A賣完票后，票數(shù)為0，但是B還是會(huì)進(jìn)入臨界區(qū)進(jìn)行售票操作，因此，出現(xiàn)無(wú)效票-1的情況。這說(shuō)明代碼需要進(jìn)一步改善。改善后的代碼如下圖所示。代碼在臨界區(qū)內(nèi)加入判斷條件，只有票數(shù)大于0時(shí)，才會(huì)進(jìn)行售票操作，這是常用的雙重檢驗(yàn)方法。經(jīng)過(guò)雙重檢驗(yàn)后，運(yùn)行代碼就不會(huì)出現(xiàn)無(wú)效售票。
下面介紹另外一種單線程同步的方法。代碼如下圖所示。代碼通過(guò)Lock接口定義了一個(gè)鎖，使用ReentrantLock實(shí)現(xiàn)。鎖和上面提到的關(guān)鍵字synchronized作用是一樣的，都是定義出一個(gè)臨界區(qū)，讓線程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)實(shí)現(xiàn)線程同步。代碼通過(guò)lock.lock( )定義臨界區(qū)的初始點(diǎn)，使用在try語(yǔ)句塊中定義臨界區(qū)執(zhí)行內(nèi)容, finally語(yǔ)句塊中采用unlock( )方法進(jìn)行解鎖。在unlock后線程才算真正走出臨界區(qū)。使用try，finally的原因在于：如果try中拋出異常，如果沒(méi)有finally中的解鎖，線程不會(huì)調(diào)用unlock方法，永遠(yuǎn)占用這把鎖，導(dǎo)致其他線程無(wú)法進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行代碼。在finally中調(diào)用unlock( )方法保證無(wú)論什么情況下，鎖終將被釋放。避免死鎖。
上圖中的代碼，如果線程遇到售賣同一張票，鎖沒(méi)有被釋放，線程將會(huì)等待。改善這種情況的方法是，我們使用10把鎖，使得每張票都有一把鎖，當(dāng)線程A售賣某張票時(shí)，其他線程可以跳過(guò)這張票，無(wú)需等待去賣其他未售出的票。或者，使用兩把鎖，五張票一把鎖，這種分段鎖的策略進(jìn)一步提高了并發(fā)的效率。
4. 線程池
線程雖然不占用進(jìn)程中的資源，但在Java中，如果每當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到達(dá)就創(chuàng)建一個(gè)新線程，開(kāi)銷是相當(dāng)大的。并且，如果在一個(gè)JVM里創(chuàng)建太多的線程，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)由于過(guò)度消耗內(nèi)存導(dǎo)致系統(tǒng)資源不足，為了防止資源不足，應(yīng)該盡可能減少創(chuàng)建和銷毀線程的次數(shù)，特別是一些資源耗費(fèi)比較大的線程的創(chuàng)建和銷毀，盡量復(fù)用已有對(duì)象來(lái)進(jìn)行服務(wù)，這就線程池技術(shù)產(chǎn)生的原因。如果想要實(shí)現(xiàn)線程的復(fù)用，我們需要繼承線程，在run方法中通過(guò)循環(huán)不斷從外部獲取runnable的實(shí)現(xiàn)，以此達(dá)到線程復(fù)用的目的。有了復(fù)用后，可以提供線程池，管理線程，線程池可以控制線程的并發(fā)度，同時(shí)，通過(guò)對(duì)多個(gè)任務(wù)重用線程，線程創(chuàng)建的開(kāi)銷就被分?jǐn)偟搅硕鄠€(gè)任務(wù)上了，而且由于在請(qǐng)求到達(dá)時(shí)線程已經(jīng)存在，所以消除了線程創(chuàng)建所帶來(lái)的延遲。
下面介紹一下線程池的使用。下圖代碼中展示了ThreadPoolExecutor的構(gòu)造方法，下面介紹一下方法中包含的參數(shù)。
- corePoolSize：表示線程池的核心線程數(shù)，指線程池中常駐線程的數(shù)量，核心線程數(shù)會(huì)一直在線程池中存活，除非線程池停止使用被資源回收了。
- maximumPoolSize：指線程池所能容納的***線程數(shù)量，當(dāng)活動(dòng)線程數(shù)到達(dá)這個(gè)數(shù)值后，后續(xù)的新任務(wù)將會(huì)被阻塞。
- keepAliveTime：非核心線程閑置時(shí)的超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，超過(guò)這個(gè)時(shí)長(zhǎng)，非核心線程就會(huì)被回收。當(dāng)ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut屬性設(shè)置為true時(shí)，keepAliveTime同樣會(huì)作用于核心線程。
- Unit：用于指定keepAliveTime參數(shù)的時(shí)間單位。
- workQueue：表示線程池中的任務(wù)隊(duì)列（阻塞隊(duì)列），通過(guò)線程池的execute方法提交Runnable對(duì)象會(huì)存儲(chǔ)在這個(gè)隊(duì)列中。
- threadFactory：表示線程工廠，為線程池提供創(chuàng)建新線程的功能。
- RejectExecutionHandler：這個(gè)參數(shù)表示當(dāng)ThreadPoolExecutor已經(jīng)關(guān)閉或者已經(jīng)飽和時(shí)（達(dá)到了***線程池大小而且工作隊(duì)列已經(jīng)滿），提供以下幾個(gè)策略考慮是否拒絕到達(dá)的任務(wù)。DiscardPolicy：直接忽略提交的任務(wù)
- AbortPolicy：忽略提交的任務(wù)，在拒絕的同時(shí)拋出異常，通知調(diào)用者拒絕執(zhí)行
- CallerRunsPolicy：讓線程池的使用者所在的線程運(yùn)行提交的任務(wù)調(diào)用者
- DiscardOlderestPolicy：忽略最早放到隊(duì)列中的任務(wù)
下圖代碼中自定義了一個(gè)線程池。通過(guò)線程池的submit( )方法提交runnable的實(shí)現(xiàn)，最終通過(guò)線程池的shutdown( )方法關(guān)閉線程池。
Java包中預(yù)置的線程池有以下幾種：newSingleThreadExecutor；newFixedThreadPool：newCachedThreadPool： newScheduledThreadPool： 但在阿里巴巴的Java開(kāi)發(fā)中是不建議甚至禁止使用Java預(yù)置線程池的。下圖中的代碼目的是尋找SingleThreadExecutor的bug。
上述代碼的運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。代碼利用循環(huán)，***添加runnable的實(shí)現(xiàn)，但是由于單一線程的阻塞隊(duì)列是沒(méi)有邊界的，會(huì)導(dǎo)致添加的對(duì)象過(guò)多，耗盡內(nèi)存資源。因此阿里巴巴開(kāi)發(fā)手冊(cè)是明確禁止使用Java預(yù)置線程池的。
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本文標(biāo)題：阿里專家與你分享：你必須了解的Java多線程技術(shù)！
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