Java多线程学习——JUC常见知识点全面总结 java

一. ReentrantLock

理解

之前我们讨论的可重入锁，翻译成英文就是ReentrantLock，大部分情况下这个英文单词要理解成这一锁特性，但少数情况下要理解成一个类
和 synchronized 定位类似，都是用来实现互斥效果，用来保证线程安全，同时这个锁是可重入的

public class Test { static class Counter{ public int count=0; public void increase(){ count++; } }public static void main(String[] args) { Counter counter=new Counter(); Thread t1 = new Thread() { @Overridepublic void run() { for (int i = 0; i < 50000; i++) { counter.increase(); } } }; Thread t2 = new Thread() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 50000; i++) { counter.increase(); } } }; t1.start(); t2.start(); try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(counter.count); } }

用法

下面我们来看一段代码实现两个线程分别对一个变量count累加操作：
经过之前的学习，我们认为此方法打印count是线程不安全的，不会每次都很准确地打印10000：
之前我们学过的解决方法是使用synchronized保证线程的安全性，代码如下：

static class Counter{ public int count=0; synchronized public void increase(){ count++; } }

但此时我们可以通过创建ReentrantLock这一对象对其实现加锁，完整代码如下：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Test { static class Counter { public int count; public ReentrantLock locker = new ReentrantLock(); public void increase() { locker.lock(); count++; locker.unlock(); } } public static void main(String[] args) { Counter counter=new Counter(); Thread t1 = new Thread() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 50000; i++) { counter.increase(); } } }; Thread t2 = new Thread() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 50000; i++) { counter.increase(); } } }; t1.start(); t2.start(); try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(counter.count); } }

与synchronized区别

那么，与synchronized同样都能对其实现加锁功能，这两者有什么区别呢？
ReentrantLock把加锁和解锁拆成了两个方法，确实存在遗忘解锁的风险，但可以让代码变得更加灵活，可以把加锁和解锁的代码分别放到两个方法之中
synchronized在申请锁失败时，代码会死等。而ReentrantLock 可以通过trylock这个方法等待一段时间就放弃，不会浪费时间
synchronized是非公平锁，而ReentrantLock默认是非公平锁。但可以通过构造方法传入一个 true 开启公平锁模式
ReentrantLock 有更强大的唤醒机制，synchronized 是通过 Object 的 wait / notify 方法实现等待唤醒过程的，每次唤醒的是一个随机等待的线程。而ReentrantLock搭配 Condition 类实现等待-唤醒，可以更精确控制唤醒某个指定的线程。

总结

大部分情况下使用 synchronized就足够了
锁竞争激烈的时候，使用ReentrantLock , 搭配 trylock 方法可以更灵活地控制加锁的行为，而不是死等。
如果需要使用公平锁, 使用 ReentrantLock
二. 原子类

理解

保证线程安全不一定非得加锁，当然也可以用原子类，从java1.5开始，jdk提供了java.util.concurrent.atomic包，这个包内包含一系列的原子操作类，提供了一种用法简单，性能高效，线程安全的更新一个变量的方式。其内部通常以CAS方式实现，因此性能通常比加锁实现i++要高很多，具体使用方法如下（上述例子）

public AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void increase() { count.getAndIncrement(); }

常见的原子类

【Java多线程学习——JUC常见知识点全面总结】AtomicBoolean
AtomicInteger
AtomicIntegerArray
AtomicLong
AtomicReference
AtomicStampedReference

常见的方法

以 AtomicInteger 举例，常见方法有

addAndGet(int delta); 相当于 i += delta; decrementAndGet(); 相当于–i; getAndDecrement(); 相当于i–; incrementAndGet(); 相当于++i; getAndIncrement(); 相当于i++;

三. 线程池

为什么要引入线程池

解决并发编程的方案一般是靠多进程的，但是进程开销的资源是非常大的，因此我们进一步地引入了多线程。虽然创建销毁线程比创建销毁进程看起来似乎更轻量了，但是在频繁创建毁线程的时还是会比较低效。线程池就是为了解决这个问题。如果某个线程不再使用了，并不是真正把线程释放，而是放到一个 "池子"中。当我们需要使用多线程的时候，直接从之前创建好的池子中取出一个就行了，当我们不用的时候，直接把这个线程放回池子中即可。

引入线程池的好处

当我们不用线程池的时候，频繁地创建或者销毁线程涉及到用户态和内核态的来回切换，从用户态切换到内核态会创建出对应的PCB（进程控制块，英文是Processing Control Block），这样会消耗大量的系统资源，而且效率还会比较低。
当我们引入线程池后，相当于只在用户态完成各种操作，这样代码执行效率和系统开销会大大优化

创建线程池的方法

（1）ThreadPoolExecutor
使用Java标准库中的ThreadPoolExecutor方式创建，但需注意里面各自的参数代表的含义，使用起来相对而言比较复杂。
构造方法
2） Executors
使用 Executors 这个类创建，这个类相当于一个工厂类，通过这个工厂类中的一些方法，就可以创建出不同风格的线程池实例了。
部分方法
Executors.newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池
Executors.newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存一段时间后会回收，若线程数不够，则新建线程。
Executors.newSingleThreadExecutor：创建出只包含一个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执行顺序。
Executors.newScheduledThreadPool：创建一个可以执行延迟任务的线程池（放入的任务能够过一会再执行）
Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：创建出具有一个单线程并且可以执行延迟任务的线程池
用法示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Test { public static void main(String[] args) { ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10); for (int i = 0; i < 20; i++) { service.submit(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("hello"); } }); } } }

四. 信号量Semaphore

定义

信号量Semaphore一般用来表示可用资源的个数，相当于一个计数器，可类比生活中停车场牌子上面显示的停车场剩余车位数量。
当有车开进去的时候, 就相当于申请一个可用资源，可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作)
当有车开出来的时候, 就相当于释放一个可用资源, 可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作)
如果计数器的值已经为 0 了，还尝试申请资源，就会阻塞等待，直到有其他线程释放资源（计数器的值是大于等于0的）

作用

在创建信号量的时候，可以给定一个初始值（可用资源个数），当可用资源个数用完时，就会阻塞等待，以确保线程安全
若把信号量的初始值设成1，则计数器的值只能取0或1了，此时把这个信号量称为二元信号量，和锁的功能类似，有加锁（没法申请资源）和解锁状态（可以申请资源）

用法示例

下面我们创建15个线程，给定初始资源量为3个，然后先尝试申请资源（acquire），申请完资源后再休眠1秒，然后释放资源（release）：

mport java.util.concurrent.Semaphore; public class Test { public static void main(String[] args) { Semaphore semaphore = new Semaphore(3); Runnable runnable = new Runnable() { @Override public void run() { try { System.out.println("准备申请资源"); semaphore.acquire(); System.out.println("申请资源成功"); // 申请到资源之后休眠1秒 Thread.sleep(1000); semaphore.release(); // 释放资源 System.out.println("释放资源完毕"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; // 创建15个线程，让这 15 个线程来分别去尝试申请资源 for (int i = 0; i < 15; i++) { Thread t = new Thread(runnable); t.start(); } } }

可以看到，由于资源数为3，所以前3个线程申请资源后很容易成功，而之后的线程就没有资源可以申请了，只能等到前3个线程把资源释放出来后再申请
信号量相当于是锁的升级版本，锁只能控制一个资源的有无，而信号量可以控制很多个资源的有无
五. CountDownLatch

理解

用于同时等待N个任务结束，就好比百米赛跑一样，只有当所有选手都到位之后，哨声响了之后才能同时出发开始跑步，当所有选手都通过终点时才会公布成绩。

用法

我们创建10个线程同时开始执行一个任务，每个任务执行完后记录一下，都调用 latch.countDown（）方法。在CountDownLatch 内部的计数器同时自减。再创建一个主线程，其中使用 latch.await()；阻塞等待至所有任务执行完毕（此时计数器为0）
用法示例

import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class Test { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10); Runnable runnable = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("任务开始"); try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000)); //生成随机数 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } latch.countDown(); System.out.println("任务完成!"); } }; for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread t = new Thread(runnable); t.start(); } latch.await(); System.out.println("所有任务结束"); } }

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