面試官必問：Java中的JUC工具類詳細(xì)揭秘
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(wù)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(fù)雜的技術(shù)，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(dāng)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(dāng)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(xì)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(wù)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(dāng)該計數(shù)器不為0時，將程序阻塞在wait()處，當(dāng)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(wù)依賴其他一個或多個異步任務(wù)的執(zhí)行結(jié)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(dāng)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(wù)阻塞，而CountDownLatch則阻塞主任務(wù)；另外CyclicBarrier可以重復(fù)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(dāng)有線程執(zhí)行到則計數(shù)器加一，等到達到目標(biāo)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：
- 主線程等待多個子線程執(zhí)行完畢。
- 多個子線程等待某個共同任務(wù)的完成。
- 模擬并發(fā)請求，等待所有請求都響應(yīng)完畢再進行下一步操作。
- 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(wù)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(wù)可以被分成多個子任務(wù)， 每個子任務(wù)由一個線程執(zhí)行。當(dāng)所有子任務(wù)完成后，這些線程需要等待，直到所有子任務(wù)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(dāng)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。
- 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。
- 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)。
- 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。
- 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(jié)束語
涉及到線程的開發(fā)都伴隨著復(fù)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(fù)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。
