JUC包中提供的幾個工具類

JUC - 輔助類

JUC（java.util.concurrent）是在Java 5中引入的一個并發(fā)編程的擴展庫，目的是為了更加方便、快捷和安全地實現(xiàn)并發(fā)編程。它提供了一系列的工具類、鎖、隊列以及原子類等來協(xié)調(diào)多線程之間的操作。

基于現(xiàn)代硬件不斷地發(fā)展，為了充分利用服務器資源，并發(fā)編程在我們的開發(fā)中已經(jīng)無處不在，今天主要了解下JUC包中提供的幾個工具類，讓我們在并發(fā)編程時提供助力。

簡介

Java并發(fā)編程是一門復雜的技術，其中有一些難點需要特別注意。以下是一些Java并發(fā)編程的難點：

• 線程安全：多線程執(zhí)行的代碼必須是線程安全的，否則會產(chǎn)生競態(tài)條件和其他問題。
• 死鎖：當多個線程因為互相等待其他線程釋放鎖而無法繼續(xù)執(zhí)行時，就會產(chǎn)生死鎖。
• 競態(tài)條件：當多個線程試圖同時訪問同一個共享資源時，就會產(chǎn)生競態(tài)條件。
• 內(nèi)存可見性：多個線程同時訪問同一個變量時，可能會產(chǎn)生內(nèi)存可見性問題，即一個線程對變量的修改不會立即被其他線程所感知。
• 并發(fā)集合類：Java提供了一些并發(fā)集合類，如ConcurrentHashMap和ConcurrentLinkedQueue，但使用它們需要注意一些細節(jié)問題。
• 線程池：線程池是Java并發(fā)編程中的一個重要概念，但線程池的使用也需要注意一些問題，如線程池大小、任務隊列類型等。
• CAS操作：Java提供了CAS（Compare-And-Swap）操作，可以用于實現(xiàn)非阻塞算法，但使用CAS操作需要非常小心，以免產(chǎn)生ABA問題等。

工具類

• CountDownLatch
  CountDownLatch是一個同步輔助類，使用一個給定數(shù)量的計數(shù)器，當該計數(shù)器不為0時，將程序阻塞在wait()處，當線程執(zhí)行完成后通過調(diào)用countDown()使計數(shù)器減一, 直到計數(shù)器為0后才會繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼。 主要實現(xiàn)某個任務依賴其他一個或多個異步任務的執(zhí)行結果的場景

核心方法：

/**
 * 定義計數(shù)器數(shù)量，用于定義多少個執(zhí)行線程
 */
public CountDownLatch(int count);
/**
 * 阻塞方法，直到計數(shù)器為0時才會繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼
 */
public void await();
/**
 * 每次調(diào)用改方法，則計數(shù)器減一
 */
public void countDown();

• CyclicBarrier
  CyclicBarrier內(nèi)部同樣定義了計數(shù)器，只不過每當有線程執(zhí)行完后改計數(shù)器加一，直至達到定義數(shù)量后，執(zhí)行定義的回調(diào)函數(shù)與await()后續(xù)代碼。 與CountDownLatch相比，CyclicBarrier會對子任務阻塞，而CountDownLatch則阻塞主任務；另外CyclicBarrier可以重復使用。 主要實現(xiàn)某個回調(diào)函數(shù)在一個或多個線程執(zhí)行完成后觸發(fā)的情形

核心方法：

/**
 * 定義計數(shù)器數(shù)量與回調(diào)函數(shù)
 */
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction);
/**
 * 阻塞方法，當有線程執(zhí)行到則計數(shù)器加一，等到達到目標數(shù)后才會繼續(xù)后續(xù)代碼
 */
public int await();
/**
 * 通過該方法可以實現(xiàn)計數(shù)器的重置
 */
public void reset();

• Semaphore
  信號量通常用于限制可以訪問某些（物理或邏輯）資源的線程數(shù)。 適用于有限資源數(shù)量的控制

核心方法：

/**
 * 定義許可數(shù)量
 */
public Semaphore(int permits);
/**
 * 申請許可，改方法會阻塞程序
 */
public void acquire();
/**
 * 釋放許可
 */
public void release();

示例

CountDownLatch的使用場景

CountDownLatch是Java并發(fā)包中的一個工具類，它可以實現(xiàn)線程之間的協(xié)作。具體來說，CountDownLatch可以讓一個線程等待多個線程執(zhí)行完畢，再繼續(xù)執(zhí)行。CountDownLatch常用于以下場景：

1. 主線程等待多個子線程執(zhí)行完畢。
2. 多個子線程等待某個共同任務的完成。
3. 模擬并發(fā)請求，等待所有請求都響應完畢再進行下一步操作。
4. 統(tǒng)計多個線程執(zhí)行的時間。

@Test
    public void test() throws InterruptedException {
        int count = 10;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);
        IntStream.range(0,count).forEach(i- >{
            new Thread(()- >{
                System.out.println( "執(zhí)行線程："+ i );
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        });

        countDownLatch.await();

        System.out.println("線程執(zhí)行完成");
    }

CyclicBarrier的使用場景

它允許多個線程在某個屏障處等待，直到所有線程都到達該屏障時才會繼續(xù)執(zhí)行。

CyclicBarrier 適用于一組線程需要相互等待，直到所有線程都完成某個任務后才能繼續(xù)執(zhí)行下一步操作的場景。例如，一個大型的計算任務可以被分成多個子任務， 每個子任務由一個線程執(zhí)行。當所有子任務完成后，這些線程需要等待，直到所有子任務都完成，然后再執(zhí)行下一步操作。

另外，CyclicBarrier 還可以用于優(yōu)化代碼性能。例如，當我們需要等待多個線程都完成某項工作后，才能進行下一步操作。此時，我們可以使用 CyclicBarrier 來實現(xiàn)等待， 而不是使用 Thread.sleep() 方法等待一段時間。這樣可以避免無謂的等待時間，提高代碼效率。

@Test
    public void test() {
        int count = 10;
        AtomicBoolean finish = new AtomicBoolean(false);
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(count, ()- >{
            System.out.println("線程執(zhí)行完成");
            finish.set(true);
        });

        IntStream.range(0,count).forEach(i- >{
            new Thread(()- >{
                System.out.println( "執(zhí)行線程："+ i );
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }).start();
        });

        while (!finish.get()){}
    }

Semaphore的使用場景

它可以控制同時訪問某個共享資源的線程數(shù)量。常用于限制同時訪問某個資源的線程數(shù)量，例如數(shù)據(jù)庫連接池、線程池等。

1. 控制并發(fā)線程數(shù)：Semaphore可以限制并發(fā)線程數(shù)，從而控制系統(tǒng)資源的使用情況。
2. 控制訪問資源數(shù)：Semaphore可以控制同時訪問某個資源的線程數(shù)量，例如數(shù)據(jù)庫連接池，限制連接數(shù)。
3. 實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者模型：Semaphore可以與阻塞隊列一起使用，實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者模型，控制生產(chǎn)者和消費者的數(shù)量。
4. 多個線程間的協(xié)作：Semaphore可以用于多個線程之間的協(xié)作，例如某個線程需要等待某些條件滿足后才能繼續(xù)執(zhí)行，可以使用Semaphore來實現(xiàn)等待和喚醒操作。

@Test
    public void test() {
        int count = 10;

        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        IntStream.range(0,count).forEach(i- >{
            new Thread(()- >{
                try {
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                System.out.println( "執(zhí)行線程："+ i );

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                semaphore.release();
            }).start();
        });

        while (true){}
    }

結束語

涉及到線程的開發(fā)都伴隨著復雜性，不管是在代碼調(diào)試上還是理解線程切換與安全性上，JUC提供的各種強大的工具類將并發(fā)編程的復雜性進行了封裝，不管是在使用或是擴展上，都能通過簡單的幾行代碼實現(xiàn)多線程的各種協(xié)調(diào)工作。