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java 多线程

二. jvm 内存模型划分

程序计数器(线程私有):
是当前线程锁执行字节码的行号治时期,每条线程都有一个独立的程序计数器,这类内存也称为“线程私有”的内存。正在执行java方法的话,计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如果是Natice方法,则为空。

java 虚拟机栈
也是线程私有的。
每个方法在执行的时候也会创建一个栈帧,存储了局部变量,操作数,动态链接,方法返回地址。
每个方法从调用到执行完毕,对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。
通常所说的栈,一般是指在虚拟机栈中的局部变量部分。
局部变量所需内存在编译期间完成分配,
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,则StackOverflowError。
如果虚拟机栈可以动态扩展,扩展到无法申请足够的内存,则OutOfMemoryError。
本地方法栈(线程私有)
和虚拟机栈类似,主要为虚拟机使用到的Native方法服务。也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError。

Java堆(线程共享)
被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动的时候创建,用于存放对象实例。
对可以按照可扩展来实现(通过-Xmx 和-Xms 来控制)
当队中没有内存可分配给实例,也无法再扩展时,则抛出OutOfMemoryError异常。
方法区(线程共享)
被所有方法线程共享的一块内存区域。
用于存储已经被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量等。
这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和堆类型的卸载。

一 · Thread(Runnable) 线程

线程的状态:

  • 1:new :线程初始化状态
    Thread thread = new Thread();
    
  • 2:ready: 准备就绪状态:
    • 1:running 运行状态
  • 3:timeWaiting: 时间等待状态
    thread.sleep(1000);
    
  • 4: waiting:等待状态
    object.wait();
    
    object.notify();
    object.notifyAll();
    
  • 5: Blocke: 阻塞状态 现在没有抢占到资源,导致处于阻塞状态
  • 6:dead 线程结束状态
    thread.interrupt();
    

二·synchronized关键字

  • 解决数据安全问题
  • 线程之间进行通信

三·volatile 解决可见先问题

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。 ·在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。 ·在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。 ·在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

四·Lock

1:ReentrantLock 互斥可重入锁

        Lock lock = new ReentrantLock();
        lock.lock(); //获得一个锁
        lock.unlock();// 释放锁

2:ReentrantReadWriteLock 读写锁

ReentrantReadWriteLock wrl=new ReentrantReadWriteLock();
Lock read = wrl.readLock();
Lock write = wrl.writeLock();

五.多线程其他API

1:Condition

2:CountDownLatch 到达一定条件进行唤醒

3:CyclicBarrier

4:Semaphore 并发限制

六:引用

Java 的强引用、弱引用、软引用、虚引用 1、强引用(StrongReference)

    强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那垃圾回收器绝不会回收它。如下:

Object o=new Object(); // 强引用 当内存空间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。如果不使用时,要通过如下方式来弱化引用,如下:

o=null; // 帮助垃圾收集器回收此对象 显式地设置o为null,或超出对象的生命周期范围,则gc认为该对象不存在引用,这时就可以回收这个对象。具体什么时候收集这要取决于gc的算法。

举例:

public void test(){ Object o=new Object(); // 省略其他操作 } 在一个方法的内部有一个强引用,这个引用保存在栈中,而真正的引用内容(Object)保存在堆中。当这个方法运行完成后就会退出方法栈,则引用内容的引用不存在,这个Object会被回收。

   但是如果这个o是全局的变量时,就需要在不用这个对象时赋值为null,因为强引用不会被垃圾回收。

   强引用在实际中有非常重要的用处,举个ArrayList的实现源代码:

复制代码 private transient Object[] elementData; public void clear() { modCount++; // Let gc do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; } 复制代码 在ArrayList类中定义了一个私有的变量elementData数组,在调用方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。不同于elementData=null,强引用仍然存在,避免在后续调用 add()等方法添加元素时进行重新的内存分配。使用如clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用,这样就可以及时释放内存。

2、软引用(SoftReference)

  如果一个对象只具有软引用,则内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它;如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。      

String str=new String("abc"); // 强引用 SoftReference softRef=new SoftReference(str); // 软引用 当内存不足时,等价于:

If(JVM.内存不足()) { str = null; // 转换为软引用 System.gc(); // 垃圾回收器进行回收 } 软引用在实际中有重要的应用,例如浏览器的后退按钮。按后退时,这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢?这就要看具体的实现策略了。

(1)如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收,则按后退查看前面浏览过的页面时,需要重新构建

(2)如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费,甚至会造成内存溢出

这时候就可以使用软引用

复制代码 Browser prev = new Browser(); // 获取页面进行浏览 SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 浏览完毕后置为软引用
if(sr.get()!=null){ rev = (Browser) sr.get(); // 还没有被回收器回收,直接获取 }else{ prev = new Browser(); // 由于内存吃紧,所以对软引用的对象回收了 sr = new SoftReference(prev); // 重新构建 } 复制代码 这样就很好的解决了实际的问题。

 软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收,Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

3、弱引用(WeakReference)

  弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程,因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。 

String str=new String("abc");
WeakReference abcWeakRef = new WeakReference(str); str=null; 当垃圾回收器进行扫描回收时等价于:

str = null; System.gc(); 如果这个对象是偶尔的使用,并且希望在使用时随时就能获取到,但又不想影响此对象的垃圾收集,那么你应该用 Weak Reference 来记住此对象。

下面的代码会让str再次变为一个强引用:

String abc = abcWeakRef.get(); 弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

当你想引用一个对象,但是这个对象有自己的生命周期,你不想介入这个对象的生命周期,这时候你就是用弱引用。

这个引用不会在对象的垃圾回收判断中产生任何附加的影响

复制代码 public class ReferenceTest {

private static ReferenceQueue<VeryBig> rq = new ReferenceQueue<VeryBig>();

public static void checkQueue() {
    Reference<? extends VeryBig> ref = null;
    while ((ref = rq.poll()) != null) {
        if (ref != null) {
            System.out.println("In queue: "    + ((VeryBigWeakReference) (ref)).id);
        }
    }
}

public static void main(String args[]) {
    int size = 3;
    LinkedList<WeakReference<VeryBig>> weakList = new LinkedList<WeakReference<VeryBig>>();
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        weakList.add(new VeryBigWeakReference(new VeryBig("Weak " + i), rq));
        System.out.println("Just created weak: " + weakList.getLast());

    }

    System.gc(); 
    try { // 下面休息几分钟,让上面的垃圾回收线程运行完成
        Thread.currentThread().sleep(6000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    checkQueue();
}

}

class VeryBig { public String id; // 占用空间,让线程进行回收 byte[] b = new byte[2 * 1024];

public VeryBig(String id) {
    this.id = id;
}

protected void finalize() {
    System.out.println("Finalizing VeryBig " + id);
}

}

class VeryBigWeakReference extends WeakReference { public String id;

public VeryBigWeakReference(VeryBig big, ReferenceQueue<VeryBig> rq) {
    super(big, rq);
    this.id = big.id;
}

protected void finalize() {
    System.out.println("Finalizing VeryBigWeakReference " + id);
}

} 复制代码 最后的输出结果为:

复制代码 Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@1641c0 Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@136ab79 Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@33c1aa Finalizing VeryBig Weak 2 Finalizing VeryBig Weak 1 Finalizing VeryBig Weak 0 In queue: Weak 1 In queue: Weak 2 In queue: Weak 0 复制代码 4、虚引用(PhantomReference)

“虚引用”顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列 (ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。

5、总结

Java4种引用的级别由高到低依次为:

强引用  >  软引用  >  弱引用  >  虚引用

通过图来看一下他们之间在垃圾回收时的区别:

 

   当垃圾回收器回收时,某些对象会被回收,某些不会被回收。垃圾回收器会从根对象Object来标记存活的对象,然后将某些不可达的对象和一些引用的对象进行回收,如果对这方面不是很了解,可以参考如下的文章:

  通过表格来说明一下,如下: