Java中的并發(fā)包下常見類

前言

最近在看并發(fā)編程藝術這本書，對看書的一些筆記及個人工作中的總結。

Callable和Future使用

Future模式非常適合在處理很耗時很長的業(yè)務邏輯時進行使用，可以有效的減小系統(tǒng)的響應時間，提高系統(tǒng)的吞吐量。

//get方法的作用之前也講過了，阻塞直到異步執(zhí)行結果返回才不阻塞，繼續(xù)往下執(zhí)行
public class TestFuture implements Callable<String> {
    private String para;

    public TestFuture(String para){
        this.para = para;
    }

    /**
     * 這里是真實的業(yè)務邏輯，其執(zhí)行可能很慢
     */
    @Override
    public String call() throws Exception {
        //模擬執(zhí)行耗時,模擬的是db操作，para就是查詢條件
        Thread.sleep(5000);
        String result = this.para + "處理完成";
        System.out.println("執(zhí)行成功了?。。。。?);
        return result;
    }

    //主控制函數(shù)
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String queryStr = "query";
        //構造FutureTask，并且傳入需要真正進行業(yè)務邏輯處理的類,該類一定是實現(xiàn)了Callable接口的類
        FutureTask<String> future = new FutureTask<>(new TestFuture(queryStr));

        FutureTask<String> future2 = new FutureTask<>(new TestFuture(queryStr));
        //創(chuàng)建一個固定線程的線程池且線程數(shù)為2,
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //這里提交任務future,則開啟線程執(zhí)行RealData的call()方法執(zhí)行
        //submit和execute的區(qū)別： 第一點是submit可以傳入實現(xiàn)Callable接口的實例對象， 第二點是submit方法有返回值
        Future f1 = executor.submit(future);        //單獨啟動一個線程去執(zhí)行的
        Future f2 = executor.submit(future2);
        //f1.get() == null的時候說明已經(jīng)取到了結果，執(zhí)行到了最后
        System.out.println("請求完畢");

        try {
            //這里可以做額外的數(shù)據(jù)操作，也就是主程序執(zhí)行其他業(yè)務邏輯
            System.out.println("處理實際的業(yè)務邏輯...");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //調(diào)用獲取數(shù)據(jù)方法,如果call()方法沒有執(zhí)行完成,則依然會進行等
        //System.out.println("數(shù)據(jù)：" + future.get());
        //System.out.println("數(shù)據(jù)：" + future2.get());

        executor.shutdown();
    }

}

CountDownLatch

//join用于讓當前執(zhí)行線程等待join線程執(zhí)行結束。其實現(xiàn)原理是不停檢查,join線程是否存活，如果join線程存活則讓當前線程永遠等待。
public class JoinCountDownLatchTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(() -> {

        });

        Thread parser2 = new Thread(() -> System.out.println("parser2 finish"));

        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("all parser finish");
    }

}

join用于讓當前執(zhí)行線程等待join線程執(zhí)行結束。其實現(xiàn)原理是不停檢查,join線程是否存活，如果join線程存活則讓當前線程永遠等待。直到join線程中止后，線程的this.notifyAll()方法會被調(diào)用

使用CountDownLatch也可以實現(xiàn)

public class CountDownLatchTest {

    //參數(shù)是2表示對象執(zhí)行2次countDown方法才能釋放鎖
    static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(1);
            c.countDown();  
            System.out.println(2);
            c.countDown();
        }).start();

        c.await(); //線程等待
        System.out.println("3");
    }

}

同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier的字面意思是可循環(huán)使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，讓一組線程到達一個屏障（也可以叫同步點）時被阻塞，直到最后一個線程到達屏障時，屏障才會開門，所有被屏障攔截的線程才會繼續(xù)運行。

public class CyclicBarrierTest {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {

            }
            System.out.println(1);
        }).start();

        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println(2);
    }
}

CyclicBarrier還提供一個更高級的構造函數(shù)CyclicBarrier（int parties，Runnable barrier-Action），用于在線程到達屏障時，優(yōu)先執(zhí)行barrierAction，方便處理更復雜的業(yè)務場景

//先執(zhí)行線程A
public class CyclicBarrierTest2 {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {

            }
            System.out.println(1);
        }).start();

        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println(2);
    }

    static class A implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(3);
        }

    }

}

執(zhí)行結果：

3
1
2

** CyclicBarrier的應用場景 **
CyclicBarrier可以用于多線程計算數(shù)據(jù)，最后合并計算結果的場景。例如，用一個Excel保存了用戶所有銀行流水，每個Sheet保存一個賬戶近一年的每筆銀行流水，現(xiàn)在需要統(tǒng)計用戶的日均銀行流水，先用多線程處理每個sheet里的銀行流水，都執(zhí)行完之后，得到每個sheet的日均銀行流水，最后，再用barrierAction用這些線程的計算結果，計算出整個Excel的日均銀行流水，

CyclicBarrier和CountDownLatch的區(qū)別
CountDownLatch的計數(shù)器只能使用一次，而CyclicBarrier的計數(shù)器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能處理更為復雜的業(yè)務場景。例如，如果計算發(fā)生錯誤，可以重置計數(shù)器，并讓線程重新執(zhí)行一次。
CyclicBarrier還提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以獲得Cyclic-Barrier阻塞的線程數(shù)量。isBroken()方法用來了解阻塞的線程是否被中斷。

public class CyclicBarrierTest3 {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {
            }
        });
        thread.start();
        thread.interrupt();
        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(c.isBroken());
        }
    }
}

Semaphore

Semaphore（信號量）是用來控制同時訪問特定資源的線程數(shù)量，它通過協(xié)調(diào)各個線程，以保證合理的使用公共資源。
Semaphore可以控制系統(tǒng)的流量，拿到信號量的線程可以進入，否則就等待。通過acquire()和release()獲取和釋放訪問許可。

public class TestSemaphore {
    public static void main(String[] args) {
        // 線程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        // 只能5個線程同時訪問
        final Semaphore semp = new Semaphore(5);
        // 模擬20個客戶端訪問
        for (int index = 0; index < 20; index++) {
            final int NO = index;
            Runnable run = () -> {
                try {
                    // 獲取許可
                    semp.acquire();
                    System.out.println("Accessing: " + NO);
                    //模擬實際業(yè)務邏輯
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                    // 訪問完后，釋放
                    semp.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            };
            exec.execute(run);
        }

        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //System.out.println(semp.getQueueLength());
        // 退出線程池
        exec.shutdown();
    }
}

Semaphore可以用于做流量控制，特別是公用資源有限的應用場景，比如數(shù)據(jù)庫連接。假如有一個需求，要讀取幾萬個文件的數(shù)據(jù)，因為都是IO密集型任務，我們可以啟動幾十個線程并發(fā)地讀取，但是如果讀到內(nèi)存后，還需要存儲到數(shù)據(jù)庫中，而數(shù)據(jù)庫的連接數(shù)只有10個，這時我們必須控制只有10個線程同時獲取數(shù)據(jù)庫連接保存數(shù)據(jù)，否則會報錯無法獲取數(shù)據(jù)庫連接。這個時候，就可以使用Semaphore來做流量控制

//線程池中有30個線程，但是只有10個線程可以獲得許可
public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire(); //獲取許可證
                        System.out.println("save data");
                        Thread.sleep(1000);
                        s.release(); //釋放許可證
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }

        threadPool.shutdown();
    }
}

其他方法
Semaphore：還提供一些其他方法，具體如下。
intavailablePermits()：返回此信號量中當前可用的許可證數(shù)。
intgetQueueLength()：返回正在等待獲取許可證的線程數(shù)。
booleanhasQueuedThreads()：是否有線程正在等待獲取許可證。
void reducePermits（int reduction）：減少reduction個許可證，是個protected方法。
Collection getQueuedThreads()：返回所有等待獲取許可證的線程集合，是個protected方法。

線程間交換數(shù)據(jù)的Exchanger

Exchanger（交換者）是一個用于線程間協(xié)作的工具類。Exchanger用于進行線程間的數(shù)據(jù)交換。它提供一個同步點，在這個同步點，兩個線程可以交換彼此的數(shù)據(jù)。這兩個線程通過exchange方法交換數(shù)據(jù)，如果第一個線程先執(zhí)行exchange()方法，它會一直等待第二個線程也執(zhí)行exchange方法，當兩個線程都到達同步點時，這兩個線程就可以交換數(shù)據(jù)，將本線程生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)傳遞給對方。

public class ExchangerTest {

    private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {

        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String A = "銀行流水A";// A錄入銀行流水數(shù)據(jù)
                    Thread.sleep(4000);
                    exgr.exchange(A);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });

        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String B = "銀行流水B";// B錄入銀行流水數(shù)據(jù)
                    String A = exgr.exchange("B"); //得到A值
                    System.out.println("A和B數(shù)據(jù)是否一致：" + A.equals(B) + "，A錄入的是：" + A + "，B錄入是：" + B);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });

        threadPool.shutdown();

    }
}

如果兩個線程有一個沒有執(zhí)行exchange()方法，則會一直等待，如果擔心有特殊情況發(fā)生，避免一直等待，可以使用exchange（V x，longtimeout，TimeUnit unit）設置最大等待時長。

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