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java.util.concurrent包下的几个常用类

1.Callable<V>


Callable<V>与Runnable类似,理解Callable<V>可以从比较其与Runnable的区别开始:
1)从使用上:实现的Callable<V>的类需要实现call()方法,此方法有返回对象V;而Runnable的子类需要实现run()方法,但没有返回值;
2)如果直接调用Callable<V>的子类的call()方法,代码是同步顺序执行的;而Runnable的子类是线程,是代码异步执行。
3)将Callable子类submit()给线程池去运行,那么在时间上几个Callable的子类的执行是异步的。
即:如果一个Callable执行需要5s,那么直接调用Callable.call(),执行3次需要15s;
而将Callable子类交个线程执行3次,在池可用的情况下,只需要5s。这就是基本的将任务拆分异步执行的做法。
4)callable与future的组合用法:
(什么是Future?Future 表示异步计算的结果。其用于获取线程池执行callable后的结果,这个结果封装为Future类。详细可以参看Future的API,有示例。)
一种就像上面所说,对一个大任务进行分制处理;
另一种就是对一个任务的多种实现方法共同执行,任何一个返回计算结果,则其他的任务就没有执行的必要。选取耗时最少的结果执行。


2.Semaphore

一个计数信号量,主要用于控制多线程对共同资源库访问的限制。
典型的实例:1)公共厕所的蹲位……,10人等待5个蹲位的测试,满员后就只能出一个进一个。
2)地下车位,要有空余才能放行
3)共享文件IO数等
与线程池的区别:线程池是控制线程的数量,信号量是控制共享资源的并发访问量。
实例:Semaphore avialable = new Semaphore(int x,boolean y);
x:可用资源数;y:公平竞争或非公平竞争(公平竞争会导致排队,等待最久的线程先获取资源)
用法:在获取工作资源前,用Semaphore.acquire()获取资源,如果资源不可用则阻塞,直到获取资源;操作完后,用Semaphore.release()归还资源
代码示例:(具体管理资源池的示例,可以参考API的示例)

  1. public class SemaphoreTest {
  2. private static final int NUMBER = 5; //限制资源访问数
  3. private static final Semaphore avialable = new Semaphore(NUMBER,true);
  4. public static void main(String[] args) {
  5. ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
  6. Runnable r = new Runnable(){
  7. public void run(){
  8. try {
  9. avialable.acquire(); //此方法阻塞
  10. Thread.sleep(10*1000);
  11. System.out.println(getNow()+"--"+Thread.currentThread().getName()+"--执行完毕");
  12. avialable.release();
  13. } catch (InterruptedException e) {
  14. e.printStackTrace();
  15. }
  16. }
  17. };
  18. System.out.println(avialable.availablePermits());
  19. for(int i=0;i<10;i++){
  20. pool.execute(r);
  21. }
  22. System.out.println(avialable.availablePermits());
  23. pool.shutdown();
  24. }
  25. public static String getNow(){
  26. SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("mm:ss");
  27. return sdf.format(new Date());
  28. }
  29. }

3.ReentrantLock与Condition

1.ReentrantLock:可重入互斥锁。使用上与synchronized关键字对比理解:
1.1)synchronized示例:
  1. synchronized(object){
  2. //do process to object  
  3. }
1.2)ReentrantLock示例:(api)
  1. private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  2. public void m() {
  3. lock.lock(); // block until condition holds
  4. try {
  5. // ... method body
  6. } finally {
  7. lock.unlock()
  8. }
  9. }
由1.1)和1.2)的示例很好理解,ReetantLock也就是一个锁,线程执行某段代码时,需要争用此类实例的锁,用完后要显示的释放此锁。



2.Condition:此类是同步的条件对象,每个Condition实例绑定到一个ReetrantLock中,以便争用同一个锁的多线程之间可以通过Condition的状态来获取通知。
注意:使用Condition前,首先要获得ReentantLock,当条件不满足线程1等待时,ReentrantLock会被释放,以能让其他线程争用,其他线程获得reentrantLock,然后满足条件,唤醒线程1继续执行。
这与wait()方法是一样的,调用wait()的代码块要被包含在synchronized块中,而当线程r1调用了objectA.wait()方法后,同步对象的锁会释放,以能让其他线程争用;其他线程获取同步对象锁,完成任务,调用objectA.notify(),让r1继续执行。代码示例如下。
代码示例1(调用condition.await();会释放lock锁):
  1. public class ConditionTest {
  2. private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
  3. //从锁中创建一个绑定条件
  4. private static final Condition condition = lock.newCondition();
  5. private static int count = 1;
  6. public static void main(String[] args) {
  7. Runnable r1 = new Runnable(){
  8. public void run(){
  9. lock.lock();
  10. try{
  11. while(count<=5){
  12. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+count++);
  13. Thread.sleep(1000);
  14. }
  15. condition.signal(); //线程r1释放条件信号,以唤醒r2中处于await的代码继续执行。
  16. } catch (InterruptedException e) {
  17. e.printStackTrace();
  18. }finally{
  19. lock.unlock();
  20. }
  21. }
  22. };
  23. Runnable r2 = new Runnable(){
  24. public void run(){
  25. lock.lock();
  26. try{
  27. if(count<=5){
  28. System.out.println("----$$$---");
  29. condition.await(); //但调用await()后,lock锁会被释放,让线程r1能获取到,与Object.wait()方法一样
  30. System.out.println("----------");
  31. }
  32. while(count<=10){
  33. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+count++);
  34. Thread.sleep(1000);
  35. }
  36. } catch (InterruptedException e) {
  37. e.printStackTrace();
  38. }finally{
  39. lock.unlock();
  40. }
  41. }
  42. };
  43. new Thread(r2).start(); //让r2先执行,先获得lock锁,但条件不满足,让r2等待await。
  44. try {
  45. Thread.sleep(100); //这里休眠主要是用于测试r2.await()会释放lock锁,被r1获取
  46. } catch (InterruptedException e) {
  47. e.printStackTrace();
  48. }
  49. new Thread(r1).start();
  50. }
  51. }
代码示例2(此例子来自于Condition的API):
  1. public class ConditionMain {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. final BoundleBuffer buf = new ConditionMain().new BoundleBuffer();
  4. new Thread(new Runnable(){
  5. public void run() {
  6. for(int i=0;i<1000;i++){
  7. try {
  8. buf.put(i);
  9. System.out.println("入值:"+i);
  10. Thread.sleep(200);
  11. } catch (InterruptedException e) {
  12. e.printStackTrace();
  13. }
  14. }
  15. }
  16. }).start();
  17. new Thread(new Runnable(){
  18. public void run() {
  19. for(int i=0;i<1000;i++){
  20. try {
  21. int x = buf.take();
  22. System.out.println("出值:"+x);
  23. Thread.sleep(2000);
  24. } catch (InterruptedException e) {
  25. e.printStackTrace();
  26. }
  27. }
  28. }
  29. }).start();
  30. }
  31. public class BoundleBuffer {
  32. final Lock lock = new ReentrantLock();
  33. final Condition notFull = lock.newCondition();
  34. final Condition notEmpty = lock.newCondition();
  35. final Integer[] items = new Integer[10];
  36. int putptr, takeptr, count;
  37. public void put(int x) throws InterruptedException {
  38. System .out.println("put wait lock");
  39. lock.lock();
  40. System .out.println("put get lock");
  41. try {
  42. while (count == items.length){
  43. System.out.println("buffer full, please wait");
  44. notFull.await();
  45. }
  46. items[putptr] = x;
  47. if (++putptr == items.length)
  48. putptr = 0;
  49. ++count;
  50. notEmpty.signal();
  51. } finally {
  52. lock.unlock();
  53. }
  54. }
  55. public int take() throws InterruptedException {
  56. System .out.println("take wait lock");
  57. lock.lock();
  58. System .out.println("take get lock");
  59. try {
  60. while (count == 0){
  61. System.out.println("no elements, please wait");
  62. notEmpty.await();
  63. }
  64. int x = items[takeptr];
  65. if (++takeptr == items.length)
  66. takeptr = 0;
  67. --count;
  68. notFull.signal();
  69. return x;
  70. } finally {
  71. lock.unlock();
  72. }
  73. }
  74. }
  75. }

4.BlockingQueue

简单介绍。这是一个阻塞的队列超类接口,concurrent包下很多架构都基于这个队列。BlockingQueue是一个接口,此接口的实现类有:ArrayBlockingQueue, DelayQueue, LinkedBlockingDeque, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue 。每个类的具体使用可以参考API。
这些实现类都遵从共同的接口定义(一目了然,具体参考api):
  1. 抛出异常 特殊值 阻塞 超时
  2. 插入 add(e) offer(e) put(e) offer(e, time, unit)
  3. 移除 remove() poll() take() poll(time, unit)
  4. 检查 element() peek() 不可用 不可用

5.CompletionService

1.CompletionService是一个接口,用来保存一组异步求解的任务结果集。api的解释是:将新生产的异步任务与已完成的任务结果集分离开来。

2.CompletionService依赖于一个特定的Executor来执行任务。实际就是此接口需要多线程处理一个共同的任务,这些多线程由一个指定的线程池来管理。CompletionService的实现类ExecutorCompletionService。

3.api的官方代码示例参考ExecutorCompletionService类的api(一个通用分制概念的函数)。

4.使用示例:如有时我们需要一次插入大批量数据,那么可能我们需要将1w条数据分开插,异步执行。如果某个异步任务失败那么我们还要重插,那可以用CompletionService来实现。下面是简单代码:
(代码中1w条数据分成10份,每次插1000条,如果成功则返回true,如果失败则返回false。那么忽略数据库的东西,我们假设插1w条数据需10s,插1k条数据需1s,那么下面的代码分制后,插入10条数据需要2s。为什么是2s呢?因为我们开的线程池是8线程,10个异步任务就有两个需要等待池资源,所以是2s,如果将下面的8改为10,则只需要1s。)


  1. public class CompletionServiceTest {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(8); //需要2s,如果将8改成10,则只需要1s
  4. CompletionService<Boolean> cs = new ExecutorCompletionService<Boolean>(pool);
  5. Callable<Boolean> task = new Callable<Boolean>(){
  6. public Boolean call(){
  7. try {
  8. Thread.sleep(1000);
  9. System.out.println("插入1000条数据完成");
  10. } catch (InterruptedException e) {
  11. e.printStackTrace();
  12. }
  13. return true;
  14. };
  15. };
  16. System.out.println(getNow()+"--开始插入数据");
  17. for(int i=0;i<10;i++){
  18. cs.submit(task);
  19. }
  20. for(int i=0;i<10;i++){
  21. try {
  22. //ExecutorCompletionService.take()方法是阻塞的,如果当前没有完成的任务则阻塞
  23. System.out.println(cs.take().get());
  24. //实际使用时,take()方法获取的结果可用于处理,如果插入失败,则可以进行重试或记录等操作
  25. } catch (InterruptedException|ExecutionException e) {
  26. e.printStackTrace();
  27. }
  28. }
  29. System.out.println(getNow()+"--插入数据完成");
  30. pool.shutdown();
  31. }
  32. public static String getNow(){
  33. SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("mm:ss");
  34. return sdf.format(new Date());
  35. }
  36. }

5.CompletionService与Callable<V>+Future的对比:
在上面的Callable中说过,Callable+Future能实现任务的分治,但是有个问题就是:不知道call()什么时候完成,需要人为控制等待。
而jdk通过CompetionService已经将此麻烦简化,通过CompletionService将异步任务完成的与未完成的区分开来(正如api的描述),我们只用去取即可。
CompletionService有什么好处呢?
如上所说:1)将已完成的任务和未完成的任务分开了,无需开发者操心;2)隐藏了Future类,简化了代码的使用。真想点个赞!



6.CountDownLatch

1.CountDownLatch:api解释:一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待。个人理解是CountDownLatch让可以让一组线程同时执行,然后在这组线程全部执行完前,可以让另一个线程等待。
就好像跑步比赛,10个选手依次就位,哨声响才同时出发;所有选手都通过终点,才能公布成绩。那么CountDownLatch就可以控制10个选手同时出发,和公布成绩的时间。
CountDownLatch 是一个通用同步工具,它有很多用途。将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器,或入口:在通过调用 countDown() 的线程打开入口前,所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待,或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。
CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);
 
  1. public class CountDownLatchTest {
  2. private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("mm:ss");
  3. public static void main(String[] args) {
  4. final CountDownLatch start = new CountDownLatch(1); //用一个信号控制一组线程的开始,初始化为1
  5. final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10); //要等待N个线程的结束,初始化为N,这里是10
  6. Runnable r = new Runnable(){
  7. public void run(){
  8. try {
  9. start.await(); //阻塞,这样start.countDown()到0,所有阻塞在start.await()处的线程一起执行
  10. Thread.sleep((long) (Math.random()*10000));
  11. System.out.println(getNow()+"--"+Thread.currentThread().getName()+"--执行完成");
  12. end.countDown();//非阻塞,每个线程执行完,让end--,这样10个线程执行完end倒数到0,主线程的end.await()就可以继续执行
  13. } catch (InterruptedException e) {
  14. e.printStackTrace();
  15. }
  16. }
  17. };
  18. for(int i=0;i<10;i++){
  19. new Thread(r).start(); //虽然开始了10个线程,但所有线程都阻塞在start.await()处
  20. }
  21. System.out.println(getNow()+"--线程全部启动完毕,休眠3s再让10个线程一起执行");
  22. try {
  23. Thread.sleep(3*1000);
  24. } catch (InterruptedException e) {
  25. e.printStackTrace();
  26. }
  27. System.out.println(getNow()+"--开始");
  28. start.countDown(); //start初始值为1,countDown()变成0,触发10个线程一起执行
  29. try {
  30. end.await(); //阻塞,等10个线程都执行完了才继续往下。
  31. } catch (InterruptedException e) {
  32. e.printStackTrace();
  33. }
  34. System.out.println(getNow()+"--10个线程都执行完了,主线程继续往下执行!");
  35. }
  36. private static String getNow(){
  37. return sdf.format(new Date());
  38. }
  39. }

7.CyclicBarrier

1.一个同步辅助类,它允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点。也就是说,这一组线程的执行分几个节点,每个节点往下执行,都需等待其他线程,这就需要这种等待具有循环性。CyclicBarrier在这样的情况下就很有用。
2.CyclicBarrier与CountDownLacth的区别:
1)CountDownLacth用于一个线程与一组线程之间的相互等待。常用的就是一个主线程与一组分治线程之间的等待:主线程发号令,一组线程同时执行;一组线程依次执行完,再唤醒主线程继续执行;
CyclicBarrier用于一组线程执行时,每个线程执行有多个节点,每个节点的处理需要相互等待。如:对5个文件进行处理,按行将各个文件数字挑出来合并成一行,排序,并输出到另一个文件,那每次处理都需要等待5个线程读入下一行。(api示例可供参考)
2)CountDownLacth的处理机制是:初始化一个值N(相当于一组线程有N个),每个线程调用一次countDown(),那么cdLatch减1,等所有线程都调用过countDown(),那么cdLatch值达到0,那么线程从await()处接着玩下执行。
CyclicBarrier的处理机制是:初始化一个值N(相当于一组线程有N个),每个线程调用一次await(),那么barrier加1,等所有线程都调用过await(),那么barrier值达到初始值N,所有线程接着往下执行,并将barrier值重置为0,再次循环下一个屏障;
3)由2)可以知道,CountDownLatch只可以使用一次,而CyclicBarrier是可以循环使用的。
3.个人用于理解的示例:

  1. public class CyclicBarrierTest {
  2. private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5,
  3. new Runnable(){
  4. public void run(){ //每次线程到达屏障点,此方法都会执行
  5. System.out.println("\n--------barrier action--------\n");
  6. }
  7. });
  8. public static void main(String[] args) {
  9. for(int i=0;i<5;i++){
  10. new Thread(new CyclicBarrierTest().new Worker()).start();
  11. }
  12. }
  13. class Worker implements Runnable{
  14. public void run(){
  15. try {
  16. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第一阶段");
  17. Thread.sleep(getRl());
  18. barrier.await(); //每一次await()都会阻塞,等5个线程都执行到这一步(相当于barrier++操作,加到初始化值5),才继续往下执行
  19. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第二阶段");
  20. Thread.sleep(getRl());
  21. barrier.await(); //每一次5个线程都到达共同的屏障节点,会执行barrier初始化参数中定义的Runnable.run()
  22. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第三阶段");
  23. Thread.sleep(getRl());
  24. barrier.await();
  25. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第四阶段");
  26. Thread.sleep(getRl());
  27. barrier.await();
  28. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第五阶段");
  29. Thread.sleep(getRl());
  30. barrier.await();
  31. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--结束");
  32. } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
  33. e.printStackTrace();
  34. }
  35. }
  36. }
  37. public static long getRl(){
  38. return Math.round(10000);
  39. }
  40. }






















java.util.concurrent包下的几个常用类