併發包
(計數器)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4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。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。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程開始執行...");
countDownLatch.countDown();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子線程結束執行...");
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
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...");
}
}).start();
countDownLatch.await();// 減去爲0,恢復任務繼續執行
System.out.println("兩個子線程執行完畢....");
System.out.println("主線程繼續執行.....");
for (int i = 0; i <10; i++) {
System.out.println("main,i:"+i);
}
}
(屏障)CyclicBarrier
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。
class Writer extends Thread {
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier){
this.cyclicBarrier=cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + ",正在寫入數據");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + ",寫入數據成功.....");
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
}
System.out.println("所有線程執行完畢..........");
}
}
public class Test001 {
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Writer writer = new Writer(cyclicBarrier);
writer.start();
}
}
}
(計數信號量)Semaphore
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
// 創建一個計數閾值爲5的信號量對象
// 只能5個線程同時訪問
Semaphore semp = new Semaphore(5);
try {
// 申請許可
semp.acquire();
try {
// 業務邏輯
} catch (Exception e) {
} finally {
// 釋放許可
semp.release();
}
} catch (InterruptedException e) {
}
案例:
需求: 一個廁所只有3個坑位，但是有10個人來上廁所，那怎麼辦？假設10的人的編號分別爲1-10，並且1號先到廁所，10號最後到廁所。那麼1-3號來的時候必然有可用坑位，順利如廁，4號來的時候需要看看前面3人是否有人出來了，如果有人出來，進去，否則等待。同樣的道理，4-10號也需要等待正在上廁所的人出來後才能進去，並且誰先進去這得看等待的人是否有素質，是否能遵守先來先上的規則。
代碼:
class ThradDemo001 extends Thread {
private String name;
private Semaphore wc;
public ThradDemo001(String name, Semaphore wc) {
this.name = name;
this.wc = wc;
}
@Override
public void run() {
// 剩下的資源
int availablePermits = wc.availablePermits();
if (availablePermits > 0) {
System.out.println(name + "天助我也，終於有茅坑了.....");
} else {
System.out.println(name + "怎麼沒有茅坑了...");
}
try {
// 申請資源
wc.acquire();
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(name + "終於上廁所啦.爽啊" + ",剩下廁所:" + wc.availablePermits());
try {
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(name + "廁所上完啦!");
// 釋放資源
wc.release();
}
}
public class TestSemaphore {
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
ThradDemo001 thradDemo001 = new ThradDemo001("第" + i + "個人", semaphore);
thradDemo001.start();
}
}
}
併發隊列
在併發隊列上JDK提供了兩套實現，一個是以ConcurrentLinkedQueue爲代表的高性能隊
列非阻塞5️⃣，一個是以BlockingQueue接口爲代表的阻塞隊列，無論哪種都繼承自Queue。
阻塞隊列與非阻塞隊
阻塞隊列與普通隊列的區別在於，當隊列是空的時，從隊列中獲取元素的操作將會被阻塞，或者當隊列是滿時，往隊列裏添加元素的操作會被阻塞。試圖從空的阻塞隊列中獲取元素的線程將會被阻塞，直到其他的線程往空的隊列插入新的元素。同樣，試圖往已滿的阻塞隊列中添加新元素的線程同樣也會被阻塞，直到其他的線程使隊列重新變得空閒起來，如從隊列中移除一個或者多個元素，或者完全清空隊列.
1.ArrayDeque, （數組雙端隊列）
2.PriorityQueue, （優先級隊列）
3.ConcurrentLinkedQueue, （基於鏈表的併發隊列）
4.DelayQueue, （延期阻塞隊列）（阻塞隊列實現了BlockingQueue接口）
5.ArrayBlockingQueue, （基於數組的併發阻塞隊列）
6.LinkedBlockingQueue, （基於鏈表的FIFO阻塞隊列）
7.LinkedBlockingDeque, （基於鏈表的FIFO雙端阻塞隊列）
8.PriorityBlockingQueue, （帶優先級的無界阻塞隊列）
9.SynchronousQueue （併發同步阻塞隊列）
ConcurrentLinkedDeque
ConcurrentLinkedQueue : 是一個適用於高併發場景下的隊列，通過無鎖的方式，實現了高併發狀態下的高性能，通常ConcurrentLinkedQueue性能好於BlockingQueue.它
是一個基於鏈接節點的無界線程安全隊列。該隊列的元素遵循先進先出的原則。頭是最先
加入的，尾是最近加入的，該隊列不允許null元素。
ConcurrentLinkedQueue重要方法:
add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中這倆個方法沒有任何區別)
poll() 和peek() 都是取頭元素節點，區別在於前者會刪除元素，後者不會。
ConcurrentLinkedDeque q = new ConcurrentLinkedDeque();
q.offer("餘勝軍");
q.offer("碼雲");
q.offer("螞蟻課堂");
q.offer("張傑");
q.offer("艾姐");
//從頭獲取元素,刪除該元素
System.out.println(q.poll());
//從頭獲取元素,不刪除該元素
System.out.println(q.peek());
//獲取總長度
System.out.println(q.size());
BlockingQueue
阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。這兩個附加的操作是：
在隊列爲空時，獲取元素的線程會等待隊列變爲非空。
當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。
阻塞隊列常用於生產者和消費者的場景，生產者是往隊列裏添加元素的線程，消費者是從隊列裏拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器裏拿元素。
BlockingQueue即阻塞隊列，從阻塞這個詞可以看出，在某些情況下對阻塞隊列的訪問可能會造成阻塞。被阻塞的情況主要有如下兩種：
- 當隊列滿了的時候進行入隊列操作
- 當隊列空了的時候進行出隊列操作
因此，當一個線程試圖對一個已經滿了的隊列進行入隊列操作時，它將會被阻塞，除非有另一個線程做了出隊列操作；同樣，當一個線程試圖對一個空隊列進行出隊列操作時，它將會被阻塞，除非有另一個線程進行了入隊列操作。
在Java中，BlockingQueue的接口位於java.util.concurrent 包中(在Java5版本開始提供)，由上面介紹的阻塞隊列的特性可知，阻塞隊列是線程安全的。
在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解決了多線程中，如何高效安全“傳輸”數據的問題。通過這些高效並且線程安全的隊列類，爲我們快速搭建高質量的多線程程序帶來極大的便利。本文詳細介紹了BlockingQueue家庭中的所有成員，包括他們各自的功能以及常見使用場景。
認識BlockingQueue
阻塞隊列，顧名思義，首先它是一個隊列，而一個隊列在數據結構中所起的作用大致如下圖所示：
從上圖我們可以很清楚看到，通過一個共享的隊列，可以使得數據由隊列的一端輸入，從另外一端輸出；
常用的隊列主要有以下兩種：（當然通過不同的實現方式，還可以延伸出很多不同類型的隊列，DelayQueue就是其中的一種）
先進先出（FIFO）：先插入的隊列的元素也最先出隊列，類似於排隊的功能。從某種程度上來說這種隊列也體現了一種公平性。
後進先出（LIFO）：後插入隊列的元素最先出隊列，這種隊列優先處理最近發生的事件。
多線程環境中，通過隊列可以很容易實現數據共享，比如經典的“生產者”和“消費者”模型中，通過隊列可以很便利地實現兩者之間的數據共享。假設我們有若干生產者線程，另外又有若干個消費者線程。如果生產者線程需要把準備好的數據共享給消費者線程，利用隊列的方式來傳遞數據，就可以很方便地解決他們之間的數據共享問題。但如果生產者和消費者在某個時間段內，萬一發生數據處理速度不匹配的情況呢？理想情況下，如果生產者產出數據的速度大於消費者消費的速度，並且當生產出來的數據累積到一定程度的時候，那麼生產者必須暫停等待一下（阻塞生產者線程），以便等待消費者線程把累積的數據處理完畢，反之亦然。然而，在concurrent包發佈以前，在多線程環境下，我們每個程序員都必須去自己控制這些細節，尤其還要兼顧效率和線程安全，而這會給我們的程序帶來不小的複雜度。好在此時，強大的concurrent包橫空出世了，而他也給我們帶來了強大的BlockingQueue。（在多線程領域：所謂阻塞，在某些情況下會掛起線程（即阻塞），一旦條件滿足，被掛起的線程又會自動被喚醒）
ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一個有邊界的阻塞隊列，它的內部實現是一個數組。有邊界的意思是它的容量是有限的，我們必須在其初始化的時候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改變。
ArrayBlockingQueue是以先進先出的方式存儲數據，最新插入的對象是尾部，最新移出的對象是頭部。下面是一個初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子：
<String> arrays = new ArrayBlockingQueue<String>(3);
arrays.add("李四");
arrays.add("張軍");
arrays.add("張軍");
// 添加阻塞隊列
arrays.offer("張三", 1, TimeUnit.SECONDS);
LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue阻塞隊列大小的配置是可選的，如果我們初始化時指定一個大小，它就是有邊界的，如果不指定，它就是無邊界的。說是無邊界，其實是採用了默認大小爲Integer.MAX_VALUE的容量 。它的內部實現是一個鏈表。
和ArrayBlockingQueue一樣，LinkedBlockingQueue 也是以先進先出的方式存儲數據，最新插入的對象是尾部，最新移出的對象是頭部。下面是一個初始化和使LinkedBlockingQueue的例子：
LinkedBlockingQueue linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue(3);
linkedBlockingQueue.add("張三");
linkedBlockingQueue.add("李四");
linkedBlockingQueue.add("李四");
System.out.println(linkedBlockingQueue.size());
PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是一個沒有邊界的隊列，它的排序規則和 java.util.PriorityQueue一樣。需要注 意，PriorityBlockingQueue中允許插入null對象。所有插入PriorityBlockingQueue的對象必須實現 java.lang.Comparable接口，隊列優先級的排序規則就
是按照我們對這個接口的實現來定義的。另外，我們可以從PriorityBlockingQueue獲得一個迭代器Iterator，但這個迭代器並不保證按照優先級順 序進行迭代。
下面我們舉個例子來說明一下，首先我們定義一個對象類型，這個對象需要實現Comparable接口：
SynchronousQueue
SynchronousQueue隊列內部僅允許容納一個元素。當一個線程插入一個元素後會被阻塞，除非這個元素被另一個線程消費。
使用BlockingQueue模擬生產者與消費者
class ProducerThread implements Runnable {
private BlockingQueue<String> blockingQueue;
private AtomicInteger count = new AtomicInteger();
private volatile boolean FLAG = true;
public ProducerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {
this.blockingQueue = blockingQueue;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產者開始啓動....");
while (FLAG) {
String data = count.incrementAndGet() + "";
try {
boolean offer = blockingQueue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS);
if (offer) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生產隊列" + data + "成功..");
} else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生產隊列" + data + "失敗..");
}
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生產者線程停止...");
}
public void stop() {
this.FLAG = false;
}
}
class ConsumerThread implements Runnable {
private volatile boolean FLAG = true;
private BlockingQueue<String> blockingQueue;
public ConsumerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {
this.blockingQueue = blockingQueue;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費者開始啓動....");
while (FLAG) {
try {
String data = blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);
if (data == null || data == "") {
FLAG = false;
System.out.println("消費者超過2秒時間未獲取到消息.");
return;
}
System.out.println("消費者獲取到隊列信息成功,data:" + data);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
}
}
public class Test0008 {
public static void main(String[] args) {
BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(3);
ProducerThread producerThread = new ProducerThread(blockingQueue);
ConsumerThread consumerThread = new ConsumerThread(blockingQueue);
Thread t1 = new Thread(producerThread);
Thread t2 = new Thread(consumerThread);
t1.start();
t2.start();
//10秒後 停止線程..
try {
Thread.sleep(10*1000);
producerThread.stop();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
}