Java并发编程(三) 并发类库中的常用类

1. 同步容器类

  遗留下来的同步容器类包括Vector和Hashtable，此外java.util.Collections类中还提供了以下工厂方法创建线程安全的容器对象：

　　Collections.synchronizedList 返回支持同步操作（线程安全）的List对象；

　　Collections.synchronizedSet 返回支持同步操作（线程全的）的Set对象；

　　Collections.synchronizedMap 返回支持同步操作（线程安全）的Map对象；

  需要注意的是，同步容器类中的每一个单独的方法都是线程安全的，但对这些方法的复合操作仍然需要额外的客户端加锁来保护。另外，同步容器类对象执行每个操作期间都会持有一个锁，这会导致吞吐量大大降低。例如：

List<String>  synList = Collections.synchronizedList(list);

synchronized(synList)
{
   for(int i = 0; i < synList.size(); i++)
     System.out.println(synList.get(i));
}

  对synList对象调用size方法和get方法需要用客户端锁来保护，并且在这个迭代中，需要频繁的加锁和释放锁，吞吐量很低。 使用迭代器对同步容器类对象进行迭代也是需要加锁的，否则在迭代时若有其他线程修改则会抛出ConcurrentModificationException异常。    

 

2. 并发容器类

  并发容器类对同步容器类的性能进行了较大的改进：

  （1）并发容器类提供了一些常用的表示复合操作的方法，并能确保这些复合操作是线程安全的。

 　　 例如：ConcurrentHashMap.putIfAbsent方法，相当于：

    　　if(!map.contains(key))

      　　map.put(key,value);

  （2）并发容器类可以大幅度提高并发容器类上操作的吞吐量。

  （3）并发容器类的迭代器和普通的迭代器不一样，这些迭代器具有弱一致性，不具有“fast-fail”特性，不会抛出ConcurrentModificationException。

  常见的并发容器类有：

　　ConcurrentLinkedQueue表示并发的队列；BlockingQueue表示阻塞队列，增加了可阻塞的入队和出队操作。如果队列为空，则出队操作阻塞，对于有界队列来说，如果队列满了则入队操作阻塞。阻塞队列可以方便地用于实现“生产者-消费者”模式。

　　CopyOnWriteArrayList表示并发的线性表，它通过在每个线程对底层List作出修改时复制整个底层List来实现并发的线程安全，这需要很大的开销，但是对于多线程环境下遍历为主要操作的List来说是很有用的。CopyOnWriteArraySet与CopyOnWriteList类似。

　　ConcurrentHashMap表示并发的映射表，ConcurrentHashMap并没有像Hashtable和synchronized的Map一样加独占锁，它使用了更细粒度的分段锁机制，可以大幅提高并发的吞吐量。但是有些方法的返回结果是不准确的，如：size方法和isEmpty方法返回的并不是实时的状态。如果在多线程环境中需要对Map对象独占式的访问，就不应该使用ConcurrentHashMap类。

 

3. 工作密取

  在“生产者—消费者”模式中，生产者和消费者共享一个队列，而在工作密取的情境中，每个消费者都有一个双端队列，在消费者完成了自己队列中的工作时，可以去其他消费者队列的队尾取来工作，而并不会干扰其他消费者的工作。在工作密取情境中，消费者从自己队列的队头取自己的工作，从其他消费者的队尾取别人的工作来完成。

  工作密取非常适合于消费者同时也是生产者的情形，当消费者执行工作时发现有更多的工作要做，则可以将这些工作放到自己队列的末尾，也可以送到其他消费者队列的队尾；当自己队列没有工作要做时，可以去其他消费者队列取工作来完成，这样每个消费者都会保持忙碌的状态。

  工作密取可以使用Deque（双端队列）来完成，ArrayDeque和LinkedList是非阻塞双端队列的实现；BlockingDeque表示阻塞的双端队列，putFirst、takeFirst、putLast、takeLast等方法实现了阻塞地访问队头或者队尾，LinkedBlockingDeque是阻塞双端队列的实现。

 

4. 同步工具类

  同步工具类的作用是根据其自身的状态来协调多线程的运行，同步工具类封装了一些状态，这些状态将决定某些线程是否阻塞，还提供了一些方法对这些状态进行操作。

  常见的同步工具类有：阻塞队列、闭锁、信号量、栅栏。

  （1）闭锁

  闭锁可以延迟线程的进度直到闭锁到达终止状态，可以用来确保某些活动直到其他某个活动都完成后才继续执行。例如：

　　确保某个计算在其需要的所有资源都准备好之后才执行；

　　确保某个服务在其依赖的所有服务都启动后才启动；

　　等待直到某个操作的所有参与者就绪；

  CountDownLatch是常用的闭锁的实现，CountDownLatch包括一个计数器，countDown方法将计数器减1，表示有一个事件发生了，await方法使调用线程阻塞，直到计数器为0，表示等待的所有事件都已经发生。

  FutureTask也可以作为闭锁，FutureTask的计算任务通过Callable来实现，Callable接口有一个call方法，可以返回计算的结果。FutureTask提供了get方法，调用get方法试图获得计算结果，任务已完成则立即获取结果，否则将阻塞直到计算结束。

  （2）信号量

  信号量可以用来控制同时访问某个资源的线程数量，可以用来实现资源池。

  Semaphore是信号量的实现，Semaphore维护着一定数量的许可，在执行操作时可以首先通过acquire方法获得许可，如果许可已经用完则阻塞，操作执行完后通过release方法释放许可。

  许可数目为1的信号量可以作为互斥信号量，并且是不可重入的。

  （3）栅栏

  栅栏和闭锁很相似，主要区别在于栅栏延迟线程的进度直到所有线程都准备好以后。

  CyclicBarrier是栅栏的实现，线程调用await方法到达栅栏处，若该线程不是到达栅栏处的最后一个线程，则被阻塞。若该线程是到达栅栏处的最后一个线程，则不会阻塞，并且栅栏释放，所有的线程都可以继续执行。

  所有线程都释放之后，栅栏将被重置，栅栏非常适合于并行迭代算法。

  

 

参考资料 《Java并发编程实战》