【Java併發編程學習 5】常用的併發包與併發容器學習

常用的併發包學習

併發包

1 CountDownLatch (計數器)

1.1 什麼是CountDownLatch

CountDownLatch 類位於java.util.concurrent包下，利用它可以實現類似計數器的功能。比如有一個任務A，它要等待其他3個任務執行完畢之後才能執行，此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了。

1.2 CountDownLatch 的原理

CountDownLatch是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值爲線程的數量。每當一個線程完成了自己的任務後，計數器的值就會減1。當計數器值到達0時，它表示所有的線程已經完成了任務，然後在閉鎖上等待的線程就可以恢復執行任務。

1.3 CountDownLatch代碼示例

package com.lijie;

        import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //定義CountDownLatch記數器
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程開始執行");
                countDownLatch.countDown();//計數器值每次減去1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程結束執行");
            }
        }, "線程1").start();

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程開始執行");
                countDownLatch.countDown();//計數器值每次減去1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程結束執行");
            }
        }, "線程2").start();

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程開始執行");
                countDownLatch.countDown();//計數器值每次減去1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程結束執行");
            }
        }, "線程3").start();

        countDownLatch.await();// 減去爲0時,恢復任務繼續執行
        System.out.println("三個子線程執行完畢");
        System.out.println("主線程繼續執行");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("main,i:" + i);
        }
    }
}

2 CyclicBarrier (迴環柵欄)

CyclicBarrier它的作用就是會讓所有線程都等待完成後纔會繼續下一步行動。

CyclicBarrier初始化時規定一個數目，然後計算調用了CyclicBarrier.await()進入等待的線程數。當線程數達到了這個數目時，所有進入等待狀態的線程被喚醒並繼續。

CyclicBarrier就象它名字的意思一樣，可看成是個障礙，所有的線程必須到齊後才能一起通過這個障礙。

CyclicBarrier初始時還可帶一個Runnable的參數，此Runnable任務在CyclicBarrier的數目達到後，所有其它線程被喚醒前被執行。

2.1 CyclicBarrier代碼示例

package com.lijie;

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

class Writer extends Thread {
	//定義屏障器
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;

    public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    public void run() {
        System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + ",正在寫入數據");
        try {
            //此方法表示線程需要再次同步
            cyclicBarrier.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + ",寫入數據成功");
        try {
            //此方法表示線程需要再次同步
            cyclicBarrier.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println("所有線程執行完畢..........");
    }
}

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        //定義爲5,表示這五個線程需要同步
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Writer writer = new Writer(cyclicBarrier);
            writer.start();
        }
    }
}

3 Semaphore (信號量)

Semaphore 是 synchronized 的加強版，作用是控制線程的併發數量。就這一點而言，單純的synchronized 關鍵字是實現不了的。

Semaphore是一種基於計數的信號量。它可以設定一個閾值，基於此，多個線程競爭獲取許可信號，做自己的申請後歸還，超過閾值後，線程申請許可信號將會被阻塞。Semaphore可以用來構建一些對象池，資源池之類的，比如數據庫連接池，我們也可以創建計數爲1的Semaphore，將其作爲一種類似互斥鎖的機制，這也叫二元信號量，表示兩種互斥狀態。它的用法如下：

availablePermits函數用來獲取當前可用的資源數量
wc.acquire(); //申請資源
wc.release();// 釋放資源

3.1 Semaphore代碼示例

10 個人訪問， 3 個併發數訪問

package com.lijie;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Semaphore;

class ThreadDemo extends Thread {
	private String name;
	//定義線程併發數量屬性（計數信號量）
	private Semaphore hotel;

	public ThreadDemo(String name, Semaphore hotel) {
		this.name = name;
		this.hotel = hotel;
	}

	public void run() {
		// 剩下的資源
		int availablePermits = hotel.availablePermits();
		if (availablePermits > 0) {
			System.out.println(name + "飯店有位置了，我要開動了");
		} else {
			System.out.println(name + "怎麼沒有位置了，餓死了，等會吧");
		}
		try {
			// 申請資源
			hotel.acquire();
		} catch (InterruptedException e) {

		}
		System.out.println(name + "終於上吃上飯了，舒服" + ",剩下飯店位置:" + hotel.availablePermits());
		try {
			Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
		} catch (Exception e) {

		}
		System.out.println(name + "我吃完啦!，走人");
		// 釋放資源
		hotel.release();
	}
}

public class TestSemaphore {

	public static void main(String[] args) {
		//定義線程併發數量
		Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
		for (int i = 1; i <= 10; i++) {
			ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo("第" + i + "個人說：", semaphore);
			threadDemo.start();
		}
	}
}

併發容器

容器用的最多的就是ArrayList，LinkedList ，HashMap等等

在多線程開發中就不能亂用容器，如果使用了未加鎖（非同步）的的集合，你的數據就會非常的混亂。由此在多線程開發中需要使用的容器必須是加鎖（同步）的容器。

常用的同步容器介紹

1 Vector

ArrayList是最常用的List實現類，內部是通過數組實現的，它允許對元素進行快速隨機訪問。當從ArrayList的中間位置插入或者刪除元素時，需要對數組進行復制、移動、代價比較高。因此，它適合隨機查找和遍歷，不適合插入和刪除。ArrayList的缺點是每個元素之間不能有間隔。
Vector與ArrayList一樣，也是通過數組實現的，不同的是它支持線程的同步，即某一時刻只有一個線程能夠寫Vector，避免多線程同時寫而引起的不一致性，但實現同步需要很高的花費，訪問它比訪問ArrayList慢很多
ArrayList添加方法源碼
Vector添加源碼（加鎖了synchronized關鍵字）

2 HasTable

HashMap是非線程安全的，而HasTable的內部方法都被synchronized修飾了，所以是線程安全的。
因爲線程安全的問題，HashMap要比HashTable效率高一點，HashTable除了在多線程開發中基本被淘汰。
HashMap允許有null值的存在（key只能一個爲null，value都可爲空），而在HashTable中是都不能爲空的
HashMap添加方法的源碼
HashTable添加方法的源碼

3 Collections.synchronized *

此接口方法是幹什麼的呢，他完完全全的可以把List、Map、Set接口底下的集合變成線程安全的集合

Collections.synchronized * ：原理是什麼，我猜的話是代理模式：Java代理模式理解

4 ConcurrentHashMap

我們不是有HashTable來實現線程安全Key/Value儲存值了嗎，爲什麼還要他
ConcurrentHashMap是Java5中支持高併發、高吞吐量的線程安全HashMap實現。它由Segment數組結構和HashEntry數組結構組成。Segment數組在ConcurrentHashMap裏扮演鎖的角色，HashEntry則用於存儲鍵-值對數據。一個ConcurrentHashMap裏包含一個Segment數組，Segment的結構和HashMap類似，是一種數組和鏈表結構；一個Segment裏包含一個HashEntry數組，每個HashEntry是一個鏈表結構的元素；每個Segment守護着一個HashEntry數組裏的元素，當對HashEntry數組的數據進行修改時，必須首先獲得它對應的Segment鎖。
總結：
1、底層採用分段的數組+鏈表實現，線程安全
2、通過把整個Map分爲N個Segment，可以提供相同的線程安全，但是效率提升N倍，默認提升16倍。
3、並且讀操作不加鎖，由於HashEntry的value變量是 volatile的，也能保證讀取到最新的值。
4、Hashtable的synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓線程獨佔，ConcurrentHashMap允許多個修改操作併發進行，其關鍵在於使用了鎖分離技術
5、擴容：段內擴容（段內元素超過該段對應Entry數組長度的75%觸發擴容，不會對整個Map進行擴容），插入前檢測需不需要擴容，有效避免無效擴容

【Java併發編程學習 5】常用的併發包與併發容器學習

常用的併發包學習

併發包

1 CountDownLatch (計數器)

1.1 什麼是CountDownLatch

1.2 CountDownLatch 的原理

1.3 CountDownLatch代碼示例

2 CyclicBarrier (迴環柵欄)

2.1 CyclicBarrier代碼示例

3 Semaphore (信號量)

3.1 Semaphore代碼示例

併發容器

1 Vector

2 HasTable

3 Collections.synchronized *

4 ConcurrentHashMap

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