java.util.concurrent java并发工具包

1. 目的

 java.util.concurrent 的目的就是要实现 Collection 框架对数据结构所执行的并发操作。通过提供一组可靠的、高性能并发构建块，开发人员可以提高并发类的线程安全、可伸缩性、性能、可读性和可靠性

 

1、BlockingQueue 阻塞队列

java.util.concurrent里面的BlockingQueue接口代表一个线程安全的队列。
BlockingQueue通常用于一个线程生成对象，另一个线程消费。

生产线程持续生成新的对象并且把它插入都队列直到队列达到它容纳的上限。如果这个阻塞队列达到容量上限，生产线程再尝试插入新的对象时会阻塞。它会一直阻塞直到一个消费线程从队列中取走一个对象。

消费线程会持续从阻塞队列中取出对象然后处理它们。如果一个消费线程尝试从一个空的队列中取对象，它就会被阻塞直到一个生产线程向队列中放入一个对象为止。

2、BlockingDeque 阻塞双端队列

BlockingDeque接口代表一个双端队列，它对于插入与取出的操作都是线程安全的。

BlockingDeque可以这样被使用，如果所有线程都同时既生产也消费同一个队列的元素。也同样适用于生产线程需要在队列两端插入，消费线程需要从队列两端取出。

一个线程生产元素并且可以将它们插入队列的两端。如果双端队列当前是满的，这个插入线程将会被阻塞直到一个消费线程从队列取出一个元素，当消费线程从中取的时候也是类似的情况。

3、延迟队列 DelayQueue

DelayQueue 实现了 BlockingQueue 接口。
DelayQueue 对元素进行持有直到一个特定的延迟到期。注入其中的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed 接口，该接口定义
DelayQueue 将会在每个元素的 getDelay() 方法返回的值的时间段之后才释放掉该元素。如果返回的是 0 或者负值，延迟将被认为过期，该元素将会在 DelayQueue 的下一次 take  被调用的时候被释放掉。
传递给 getDelay 方法的 getDelay 实例是一个枚举类型，它表明了将要延迟的时间段。

 

4、同步队列 SynchronousQueue

SynchronousQueue 类实现了 BlockingQueue 接口。
SynchronousQueue 是一个特殊的队列，它的内部同时只能够容纳单个元素。如果该队列已有一元素的话，试图向队列中插入一个新元素的线程将会阻塞，直到另一个线程将该元素从队列中抽走。同样，如果该队列为空，试图向队列中抽取一个元素的线程将会阻塞，直到另一个线程向队列中插入了一条新的元素

5、线程安全集合类

线程安全集合类（ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet）。

这些类的目的是提供高性能、高度可伸缩性、线程安全的基本集合类型版本。

6、并发导航映射 ConcurrentNavigableMap

java.util.concurrent.ConcurrentNavigableMap 是一个支持并发访问的 java.util.NavigableMap，它还能让它的子 map 具备并发访问的能力。所谓的 "子 map" 指的是诸如 headMap()，subMap()，tailMap() 之类的方法返回的 map。

 

headMap(T toKey) 方法返回一个包含了小于给定 toKey 的 key 的子 map。
如果你对原始 map 里的元素做了改动，这些改动将影响到子 map 中的元素(译者注：map 集合持有的其实只是对象的引用)。

tailMap(T fromKey) 方法返回一个包含了不小于给定 fromKey 的 key 的子 map。
如果你对原始 map 里的元素做了改动，这些改动将影响到子 map 中的元素(译者注：map 集合持有的其实只是对象的引用)。

subMap(key1,key2) 方法返回原始 map 中，键介于 from(包含) 和 to (不包含) 之间的子 map。

 

7、计数器 CountDownLatch（线程等待另一个线程执行）

java.util.concurrent.CountDownLatch 是一个并发构造，它允许一个或多个线程等待一系列指定操作的完成。
CountDownLatch 以一个给定的数量初始化。countDown() 每被调用一次，这一数量就减一。线程通过调用 await() 方法，线程可以阻塞等待这一数量到达零。

 

8、栅栏 CyclicBarrier

java.util.concurrent.CyclicBarrier 类是一种同步机制，它能够对处理一些算法的多个线程实现同步。

换句话讲，它就是一个所有线程必须等待的一个栅栏，直到所有线程都到达这里，然后所有线程才可以继续向下执行。

 

满足以下任何条件都可以让等待 CyclicBarrier 的线程释放：

• 最后一个线程也到达 CyclicBarrier(调用 await())
• 当前线程被其他线程打断(其他线程调用了这个线程的 interrupt() 方法)
• 其他等待栅栏的线程被打断
• 其他等待栅栏的线程因超时而被释放
• 外部线程调用了栅栏的 CyclicBarrier.reset() 方法

 

9、交换机 Exchanger

java.util.concurrent.Exchanger 类表示一种两个线程可以进行互相交换对象。

两个线程通过一个 Exchanger 交换对象。
交换对象的动作由 Exchanger 的两个 exchange() 方法的其中一个完成

10、信号量 Semaphore

java.util.concurrent.Semaphore 类是一个计数信号量。这就意味着它具备两个主要方法：

• acquire()
• release()

计数信号量由一个指定数量的 "许可" 初始化。每调用一次 acquire()，一个许可会被调用线程取走。每调用一次 release()，一个许可会被返还给信号量。因此，在没有任何 release() 调用时，最多有 N 个线程能够通过 acquire() 方法，N 是该信号量初始化时的许可的指定数量。这些许可只是一个简单的计数器。这里没啥奇特的地方。

信号量主要有两种用途：

1. 保护一个重要(代码)部分防止一次超过 N 个线程进入。
2. 在两个线程之间发送信号。

 

11、执行者服务 ExecutorService

java.util.concurrent.ExecutorService 接口表示一个异步执行机制，使我们能够在后台执行任务。因此一个 ExecutorService 很类似于一个线程池。实际上，存在于 java.util.concurrent 包里的 ExecutorService 实现就是一个线程池实现。

 

12、线程池执行者 ThreadPoolExecutor

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 是 ExecutorService 接口的一个实现。ThreadPoolExecutor 使用其内部池中的线程执行给定任务(Callable 或者 Runnable)。
ThreadPoolExecutor 包含的线程池能够包含不同数量的线程。池中线程的数量由以下变量决定：

• corePoolSize
• maximumPoolSize

当一个任务委托给线程池时，如果池中线程数量低于 corePoolSize，一个新的线程将被创建，即使池中可能尚有空闲线程。
如果内部任务队列已满，而且有至少 corePoolSize 正在运行，但是运行线程的数量低于 maximumPoolSize，一个新的线程将被创建去执行该任务

 

13、定时执行者服务 ScheduledExecutorService

java.util.concurrent.ScheduledExecutorService 是一个 ExecutorService， 它能够将任务延后执行，或者间隔固定时间多次执行。 任务由一个工作者线程异步执行，而不是由提交任务给 ScheduledExecutorService 的那个线程执行。

 

14、使用 ForkJoinPool 进行分叉和合并

ForkJoinPool 在 Java 7 中被引入。它和 ExecutorService 很相似，除了一点不同。ForkJoinPool 让我们可以很方便地把任务分裂成几个更小的任务，这些分裂出来的任务也将会提交给 ForkJoinPool。任务可以继续分割成更小的子任务，只要它还能分割。

分叉：将一个任务分成几个任务

合并：将几个任务的执行结果合并成一个结果

ForkJoinPool

ForkJoinPool 是一个特殊的线程池，它的设计是为了更好的配合 分叉-和-合并 任务分割的工作。ForkJoinPool 也在 java.util.concurrent 包中，其完整类名为 java.util.concurrent.ForkJoinPool。

RecursiveAction 是一种没有任何返回值的任务。它只是做一些工作，比如写数据到磁盘，然后就退出了。

RecursiveTask 是一种会返回结果的任务。它可以将自己的工作分割为若干更小任务，并将这些子任务的执行结果合并到一个集体结果。

 

15、锁 Lock

java.util.concurrent.locks.Lock 是一个类似于 synchronized 块的线程同步机制。但是 Lock 比 synchronized 块更加灵活、精细。

Lock 和 synchronized 代码块的主要不同点

一个 Lock 对象和一个 synchronized 代码块之间的主要不同点是：

• synchronized 代码块不能够保证进入访问等待的线程的先后顺序。
• 你不能够传递任何参数给一个 synchronized 代码块的入口。因此，对于 synchronized 代码块的访问等待设置超时时间是不可能的事情。
• synchronized 块必须被完整地包含在单个方法里。而一个 Lock 对象可以把它的 lock() 和 unlock() 方法的调用放在不同的方法里

Lock 接口具有以下主要方法：

• lock()
• lockInterruptibly()
• tryLock()
• tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit)
• unlock()

lock() 将 Lock 实例锁定。如果该 Lock 实例已被锁定，调用 lock() 方法的线程将会阻塞，直到 Lock 实例解锁。
lockInterruptibly() 方法将会被调用线程锁定，除非该线程被打断。此外，如果一个线程在通过这个方法来锁定 Lock 对象时进入阻塞等待，而它被打断了的话，该线程将会退出这个方法调用。
tryLock() 方法试图立即锁定 Lock 实例。如果锁定成功，它将返回 true，如果 Lock 实例已被锁定该方法返回 false。这一方法永不阻塞。
tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit) 的工作类似于 tryLock() 方法，除了它在放弃锁定 Lock 之前等待一个给定的超时时间之外。

unlock() 方法对 Lock 实例解锁。一个 Lock 实现将只允许锁定了该对象的线程来调用此方法。其他(没有锁定该 Lock 对象的线程)线程对 unlock() 方法的调用将会抛一个未检查异常(RuntimeException)。

 

16、读写锁 ReadWriteLock

java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock 读写锁是一种先进的线程锁机制。它能够允许多个线程在同一时间对某特定资源进行读取，但同一时间内只能有一个线程对其进行写入。
读写锁的理念在于多个线程能够对一个共享资源进行读取，而不会导致并发问题。并发问题的发生场景在于对一个共享资源的读和写操作的同时进行，或者多个写操作并发进行。

ReadWriteLock 锁规则

一个线程在对受保护资源在读或者写之前对 ReadWriteLock 锁定的规则如下：

• 读锁：如果没有任何写操作线程锁定 ReadWriteLock，并且没有任何写操作线程要求一个写锁(但还没有获得该锁)。因此，可以有多个读操作线程对该锁进行锁定。
• 写锁：如果没有任何读操作或者写操作。因此，在写操作的时候，只能有一个线程对该锁进行锁定。

 

17、原子性布尔 AtomicBoolean

AtomicBoolean 类为我们提供了一个可以用原子方式进行读和写的布尔值，它还拥有一些先进的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicBoolean 类位于 java.util.concurrent.atomic 包，完整类名是为 java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean。

 

compareAndSet() 方法允许你对 AtomicBoolean 的当前值与一个期望值进行比较，如果当前值等于期望值的话，将会对 AtomicBoolean 设定一个新值。compareAndSet() 方法是原子性的，因此在同一时间之内有单个线程执行它。

 

18、原子性整型 AtomicInteger   

AtomicInteger 类为我们提供了一个可以进行原子性读和写操作的 int 变量，它还包含一系列先进的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicInteger 类位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整类名为 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger。

 

19、原子性长整型 AtomicLong

AtomicLong 类为我们提供了一个可以进行原子性读和写操作的 long 变量，它还包含一系列先进的原子性操作，比如 compareAndSet()AtomicLong 类位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整类名为 java.util.concurrent.atomic.AtomicLong

 

20、原子性引用型对象 AtomicReference

AtomicReference 提供了一个可以被原子性读和写的对象引用变量。原子性的意思是多个想要改变同一个 AtomicReference 的线程不会导致 AtomicReference 处于不一致的状态。AtomicReference 还有一个 compareAndSet() 方法，通过它你可以将当前引用于一个期望值(引用)进行比较，如果相等，在该 AtomicReference 对象内部设置一个新的引用。

 

AtomicReference 类具备了一个很有用的方法：compareAndSet()。compareAndSet() 可以将保存在 AtomicReference 里的引用于一个期望引用进行比较，如果两个引用是一样的(并非 equals() 的相等，而是 == 的一样)，将会给 AtomicReference 实例设置一个新的引用。
如果 compareAndSet() 为 AtomicReference 设置了一个新的引用，compareAndSet() 将返回 true。否则 compareAndSet() 返回 false。

 

摘自：

https://www.jianshu.com/p/4c24e246400f

https://blog.csdn.net/defonds/article/details/44021605

http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/index.html#java-concurrency-study-guide