java多线程归类
在 Java 的 JUC（java.util.concurrent） 包中，包含了许多工具类和框架，用于简化多线程编程，解决常见的并发问题。这些工具可以根据功能归类如下：
1. 锁（Locks）
JUC 提供了灵活的锁机制，用于控制线程之间的同步。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
ReentrantLock |
可重入锁，支持公平锁和非公平锁，提供更灵活的锁机制（如可中断、超时等）替代 synchronized。 |
ReentrantReadWriteLock |
读写锁，允许多个线程同时读取，但写线程独占，适用于读多写少的场景。 |
StampedLock |
改进版的读写锁，支持乐观读锁，性能通常比 ReentrantReadWriteLock 更高。 |
LockSupport |
低级线程阻塞和唤醒工具，常用于实现自定义同步工具。 |
2. 线程同步工具（Synchronization Tools）
这些工具类用于在线程间协调同步、通信等操作。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
CountDownLatch |
倒计时锁存器，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。 |
CyclicBarrier |
循环栅栏，允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达屏障后再继续执行。 |
Semaphore |
信号量，用于限制同时访问某资源的线程数量。 |
Exchanger |
两个线程之间交换数据的同步点。 |
Phaser |
可替代 CyclicBarrier 和 CountDownLatch，支持更复杂的多阶段任务协调。 |
3. 并发集合（Concurrent Collections）
线程安全的集合类，提供高效的并发访问，适合多线程环境。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
ConcurrentHashMap |
高效的线程安全哈希表，替代 Hashtable，支持并发读写操作。 |
ConcurrentSkipListMap |
支持排序的线程安全 Map，基于跳表实现。 |
ConcurrentSkipListSet |
支持排序的线程安全 Set，基于跳表实现。 |
CopyOnWriteArrayList |
线程安全的 ArrayList，适合读多写少的场景。 |
CopyOnWriteArraySet |
线程安全的 Set，基于 CopyOnWriteArrayList 实现。 |
LinkedBlockingQueue |
基于链表的阻塞队列，支持生产者-消费者模型。 |
ArrayBlockingQueue |
基于数组的阻塞队列，队列容量是固定的。 |
PriorityBlockingQueue |
支持优先级的阻塞队列。 |
DelayQueue |
支持延迟获取元素的阻塞队列。 |
SynchronousQueue |
一个没有容量的阻塞队列，每次插入操作必须等待一个移除操作。 |
LinkedTransferQueue |
高性能的阻塞队列，支持生产者直接将数据传递给消费者。 |
ConcurrentLinkedQueue |
高效的无界非阻塞队列，基于链表实现。 |
ConcurrentLinkedDeque |
高效的双端无界非阻塞队列。 |
4. 原子类（Atomic Classes）
提供线程安全的原子操作，支持基本类型和引用类型。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
AtomicInteger |
针对 int 类型的原子操作。 |
AtomicLong |
针对 long 类型的原子操作。 |
AtomicBoolean |
针对 boolean 类型的原子操作。 |
AtomicReference<T> |
针对引用类型的原子操作。 |
AtomicStampedReference<T> |
与 AtomicReference 类似，增加了版本号（用于解决 ABA 问题）。 |
AtomicMarkableReference<T> |
与 AtomicReference 类似，增加了标记位（用于记录额外状态）。 |
LongAdder |
高效的计数器，适用于高并发场景，比 AtomicLong 性能更高（使用分段累加）。 |
DoubleAdder |
针对 double 类型的高效计数器，类似 LongAdder。 |
LongAccumulator |
高效的累加器，支持自定义二元操作（如加法、乘法）。 |
DoubleAccumulator |
针对 double 类型的累加器，支持自定义二元操作。 |
5. 线程池和任务调度
JUC 提供了线程池和任务调度工具，用于管理线程的生命周期和任务执行。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
Executor |
执行任务的顶层接口，定义了任务的执行方式。 |
ExecutorService |
扩展了 Executor，提供管理线程池的方法（如关闭线程池）。 |
ThreadPoolExecutor |
自定义线程池的实现类，允许控制核心线程数、最大线程数、队列类型等。 |
ScheduledExecutorService |
支持定时任务和周期性任务执行的线程池。 |
ForkJoinPool |
用于分治任务（Fork/Join 模型）的线程池，适合大规模并行计算。 |
Executors |
工厂类，用于快速创建常见类型的线程池（如固定线程池、缓存线程池、单线程池）。 |
6. 并发工具类（其他）
一些通用的工具类，用于辅助多线程开发。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
Future |
表示异步任务的结果，可以通过 get() 方法获取任务结果或阻塞等待任务完成。 |
CompletableFuture |
支持异步编程的工具，提供丰富的异步方法链和回调机制。 |
FutureTask |
可将任务封装成 Future，支持异步任务的执行和取消。 |
CompletionService |
将任务提交和结果获取分离，结合线程池使用，适合处理批量任务。 |
7. 线程工具类
JUC 提供了一些工具用于线程管理和操作。
| 工具类 | 描述 |
|---|---|
ThreadLocal |
线程局部变量，每个线程都有独立的副本，适合存储线程独有的数据。 |
ThreadFactory |
用于创建线程的工厂类，允许自定义线程的创建逻辑（如设置线程名称、优先级）。 |
总结
JUC 工具根据功能可以大致分为以下几类：
- 锁（如
ReentrantLock、StampedLock）。 - 线程同步工具（如
CountDownLatch、Semaphore）。 - 并发集合（如
ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList）。 - 原子类（如
AtomicInteger、LongAdder）。 - 线程池和任务调度（如
ThreadPoolExecutor、ForkJoinPool）。 - 线程工具类（如
ThreadLocal、ThreadFactory）。 - 异步任务工具（如
Future、CompletableFuture）。
这些工具为开发者提供了强大的多线程编程能力，同时大大简化了并发问题的处理。
下面对 JUC 工具中常用的参数和 API 进行归类，帮助更好地理解和使用这些工具。
1. 锁（Locks）
1.1 ReentrantLock
常用参数：
fair：是否为公平锁（默认是非公平锁）。- 公平锁：线程按请求锁的顺序获取锁。
- 非公平锁：线程可能会"插队"，性能更高。
常用 API：
lock()：获取锁，如果锁已经被占用，则等待。tryLock()：尝试获取锁，如果锁未被占用则立即返回true，否则返回false。tryLock(long timeout, TimeUnit unit)：尝试在指定时间内获取锁，超时返回false。lockInterruptibly()：支持线程中断的方式获取锁。unlock()：释放锁。isLocked()：判断锁是否被占用。
1.2 ReentrantReadWriteLock
常用 API：
- 获取读锁：
readLock().lock()：获取读锁。readLock().unlock()：释放读锁。
- 获取写锁：
writeLock().lock()：获取写锁。writeLock().unlock()：释放写锁。
- 其他：
isWriteLocked()：是否有线程持有写锁。getReadLockCount()：当前读锁的持有线程数。
1.3 StampedLock
常用 API：
- 乐观读锁：
long stamp = tryOptimisticRead()：尝试获取乐观读锁。validate(stamp)：验证乐观读锁是否有效。
- 悲观读锁：
long stamp = readLock()：获取悲观读锁。unlockRead(stamp)：释放悲观读锁。
- 写锁：
long stamp = writeLock()：获取写锁。unlockWrite(stamp)：释放写锁。
2. 线程同步工具（Synchronization Tools）
2.1 CountDownLatch
常用参数：
count：初始计数值，表示需要等待的线程数量。
常用 API：
await()：阻塞当前线程，直到计数器归零。countDown()：将计数器减 1。getCount()：获取当前计数器的值。
2.2 CyclicBarrier
常用参数：
parties：线程数量，所有线程到达屏障后才会继续执行。Runnable barrierAction（可选）：所有线程到达屏障后，执行的任务。
常用 API：
await()：让线程在屏障处等待，直到所有线程都到达。await(long timeout, TimeUnit unit)：带超时时间的await。getParties()：获取需要等待的线程总数。getNumberWaiting()：获取当前正在等待的线程数量。
2.3 Semaphore
常用参数：
permits：许可的数量，表示最多允许多少线程同时访问资源。fair（可选）：是否为公平信号量。
常用 API：
acquire()：获取一个许可，若无可用许可则阻塞。tryAcquire()：尝试获取一个许可，立即返回结果。release()：释放一个许可。availablePermits()：返回当前可用的许可数量。
2.4 Exchanger
常用 API：
exchange(V value)：线程间交换数据，阻塞直到另一个线程也调用exchange。exchange(V value, long timeout, TimeUnit unit)：带超时的交换方法。
3. 并发集合（Concurrent Collections）
3.1 ConcurrentHashMap
常用参数：
initialCapacity：初始容量。loadFactor：负载因子。concurrencyLevel：并发级别，默认是 CPU 核心数。
常用 API：
putIfAbsent(K key, V value)：如果键不存在则插入。compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：计算新值并替换。forEach(long parallelismThreshold, BiConsumer<? super K, ? super V> action)：并行遍历。
3.2 CopyOnWriteArrayList
常用 API：
add(E e)：添加元素。remove(Object o)：删除元素。set(int index, E element)：设置指定位置的元素。iterator()：返回弱一致性的迭代器。
3.3 阻塞队列（以 LinkedBlockingQueue 为例）
常用 API：
put(E e)：添加元素，若队列满则阻塞。take()：获取并移除队头元素，若队列为空则阻塞。offer(E e)：尝试添加元素，非阻塞。poll(long timeout, TimeUnit unit)：尝试在超时时间内获取元素。
4. 原子类（Atomic Classes）
4.1 AtomicInteger
常用 API：
get()：获取当前值。set(int newValue)：设置新值。incrementAndGet()：自增 1 并返回新值。addAndGet(int delta)：增加指定值并返回结果。compareAndSet(int expect, int update)：CAS 操作，原子更新值。
4.2 LongAdder
常用 API：
add(long x)：增加指定值。sum()：获取累加的总和。reset()：重置计数器为 0。
5. 线程池和任务调度
5.1 ThreadPoolExecutor
常用参数：
corePoolSize：核心线程数。maximumPoolSize：最大线程数。keepAliveTime：非核心线程空闲存活时间。workQueue：任务队列，用于存放待执行任务。threadFactory：线程工厂，用于创建线程。handler：拒绝策略，当任务无法处理时的策略。
常用 API：
execute(Runnable command)：执行任务。submit(Callable<T> task)：提交任务，返回Future。shutdown()：关闭线程池，等待已提交任务完成。shutdownNow()：立即关闭线程池，尝试中断正在执行的任务。
5.2 ScheduledExecutorService
常用 API：
schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)：延迟执行任务。scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)：固定频率执行任务。scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)：固定延迟执行任务。
6. 异步任务工具
6.1 CompletableFuture
常用 API：
supplyAsync(Supplier<U> supplier)：异步执行任务，返回结果。thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)：对任务结果进行转换。thenAccept(Consumer<? super T> action)：对任务结果执行消费操作。exceptionally(Function<Throwable,? extends T> fn)：处理异常情况。join()：阻塞并获取结果。
总结
以上是 JUC 工具中常用的参数和 API，按功能划分包括 锁、线程同步工具、并发集合、原子类、线程池和任务调度 以及 异步任务工具。这些工具为多线程编程带来了极大的便利，开发者可以根据具体需求灵活选择合适的工具。
搭配使用，提供了一种更灵活的线程通信方式，类似于传统的 wait() 和 notify() 方法，但功能更强大。
Condition 允许线程等待某些条件满足时再继续执行，同时支持精准的线程调度和多条件等待。
1. Condition 的主要 API 概述
| 方法 | 描述 |
|---|---|
void await() |
将当前线程放入等待队列，并释放锁，直到被其他线程 signal 或 signalAll 唤醒。 |
void awaitUninterruptibly() |
类似 await()，但不会响应中断。 |
long awaitNanos(long nanosTimeout) |
在指定时间内等待条件，超时返回剩余时间，或被唤醒。 |
boolean awaitUntil(Date deadline) |
等待条件，直到指定时间到期或被唤醒。 |
void signal() |
唤醒一个等待该条件的线程。 |
void signalAll() |
唤醒所有等待该条件的线程。 |
2. Condition 的使用步骤
-
获取锁对象
Condition是通过Lock（通常是ReentrantLock）创建的，因此需要先获取锁。 -
创建
Condition对象
使用Lock的newCondition()方法创建一个Condition对象。 -
线程等待和唤醒
- 调用
await()使线程进入等待状态。 - 调用
signal()或signalAll()唤醒等待线程。
- 调用
-
注意锁的使用
- 调用
await()或signal()之前，线程必须持有锁。 - 使用
finally块确保锁的释放。
- 调用
以下是 CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的简洁对比，着重展示功能差异：
| 特性 | CountDownLatch |
CyclicBarrier |
|---|---|---|
| 主要功能 | 主线程等待其他线程完成任务后继续执行。 | 线程相互等待，直到所有线程都到达屏障后再继续执行。 |
| 是否可重用 | 不可重用，计数器只能减到 0 一次。 | 可重用，屏障点被所有线程通过后自动重置。 |
| 线程等待方式 | 主线程调用 await() 等待计数器减为 0。 |
所有线程调用 await() 等待其他线程到达屏障点。 |
| 回调支持 | 不支持回调。 | 支持，当所有线程到达屏障时，可执行指定回调任务。 |
| 适用场景 | 一次性任务分发与汇总，主线程等待子线程完成工作。 | 多线程任务的阶段性同步或分布式任务结果汇总。 |
总结：
- 用于主线程等待子线程的场景选择
CountDownLatch。 - 用于多线程相互等待、阶段性同步的场景选择
CyclicBarrier。
2. CountDownLatch 的核心方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
CountDownLatch(int count) |
构造方法，初始化计数器为指定值 count。 |
void await() |
阻塞当前线程，直到计数器减为 0。 |
boolean await(long timeout, TimeUnit unit) |
带超时的等待方法，超时会返回 false。 |
void countDown() |
将计数器减 1，唤醒等待线程（如果计数器减为 0）。 |
long getCount() |
返回当前计数器的值。 |
3. CyclicBarrier 的核心方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
CyclicBarrier(int parties) |
构造方法，初始化屏障点，指定需要等待的线程数。 |
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) |
构造方法，带回调功能，当所有线程到达屏障时执行回调任务。 |
int await() |
当前线程到达屏障，进入等待状态，直到所有线程到达屏障点。返回当前线程到达屏障的顺序号。 |
int await(long timeout, TimeUnit unit) |
带超时的 await 方法，超时会抛出 TimeoutException。 |
int getParties() |
返回屏障点需要等待的线程数。 |
int getNumberWaiting() |
返回当前正在屏障点等待的线程数。 |
boolean isBroken() |
返回屏障是否被打破（如线程超时或被中断）。 |
void reset() |
重置屏障，唤醒所有等待线程，并将屏障恢复为初始状态。 |
4. 总结对比
| 工具 | 特点 |
|---|---|
CountDownLatch |
- 适合主线程等待多个子线程完成任务的场景。 |
| - 一次性工具，计数器不能重置。 | |
CyclicBarrier |
- 适合多线程需要在某个点同步后再继续执行的场景。 |
| - 可重复使用，屏障点被所有线程通过后会自动重置。 | |
| - 支持回调函数，适合阶段性结果汇总或特殊任务。 |
todo
补充下synchronized原理
浙公网安备 33010602011771号