Java多线程之JUC(java.util.concurrent)的常见类(多线程编程常用类)

Callable接口

这个东西可以类比于之前见过的Runnable接口.两者的区别在于Runnable关注执行过程,不关注执行结果.Callable关注执行结果,它之中的call方法(类比于run方法)返回值就是线程执行任务的结果.Callable<V>里面的V期望线程的入口方法里,返回值是啥类型,此处的泛型参数就是啥类型.

Callable优势

示例:创建线程计算1+2+...+1000,使用Runnable版本

public class ThreadDemo7 {
    private static int sum = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int result = 0;
                for(int i = 0; i <= 1000; i++) {
                    result += i;
                }
                sum = result;
            }
        });
        t.start();
        t.join();

        //主线程获取到计算结果
        //此处要想获取到结果,就需要专门搞一个成员变量保存上述的计算结果
        System.out.println("sum =" + sum);
    }
}

这么做虽然能够解决问题,但是代码不是很优雅,这时我们就希望依靠返回值来直接保存计算结果,

这就用到了Callable接口,使用流程如下:

 1.创建一个匿名内部类,实现Callable接口.Callable带有泛型参数.泛型参数表示返回值的类型

2.重写Callable的call方法,完成累加的过程,直接通过返回值返回计算结果

3.把callable示例用FutureTask包装一下.

4.创建线程,线程的构造方法传入FutureTask.此时新线程就会执行FutureTask内部的Callable的call方法,完成计算.计算结果就放进了FutureTask对象中.

5.在主线程中调用futureTask.get()能够阻塞等待新线程计算完毕.并获取FutureTask中的结果.

代码如下:

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class ThreadDemo8 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                int result = 0;
                for(int i = 0; i <= 1000; i++) {
                    result += i;
                }
                return result;
            }
        };

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        Thread t = new Thread(futureTask);
        t.start();

        //接下来这个代码也不需要join,使用futureTask获取到结果.
        //get()方法具有阻塞功能.如果线程不执行完毕,get就会阻塞
        //等到线程执行完了,return的结果,就会被get返回回来
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

可以看到,使用Callable和FutureTask之后,代码简化了很多,也不必手动写线程同步代码了.

理解Callable

Callable通常需要搭配FutureTask来使用.FutureTask用来保存Callable的返回结果.因为Callable往往是在另一个线程中执行的,什么时候执行完并不确定. 

FutureTask就可以负责这个等待结果出来的工作.

理解FutureTask

FutureTask即未来的任务,既然这个任务是在未来执行完毕,最终取结果时就需要一张凭证.

可以想象成去吃麻辣烫.当餐点好后,后厨就开始做了.同时前台会给你一张小票.这个小票就是FutureTask.后面我们可以随时凭这张小票去查看自己的这份麻辣烫做出来没.

总结:创建线程的方式:1.继承Thread(包含匿名内部类).2.实现Runnable(包含匿名内部类).

3.基于lambda. 4.基于Callable. 5.基于线程池.

ReentrantLock

可重入互斥锁.和synchronized定位类似,都是用来实现互斥效果,保证线程安全.

ReentrantLock也是可重入锁."Reentrant"这个单词的原意就是"可重入".

ReentrantLock的用法:

lock():加锁,如果获取不到锁就死等.

trylock(超时时间):加锁,如果获取不到锁,等待一定时间之后就放弃加锁.(此处通过trylock提供了更多的可操作空间)

unlock():解锁

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
-----------------------------------------

lock.lock();
try {
    //working...
} finally {
    lock.unlock()
}

 ReentrantLock和synchronized的区别

通过上述解释,我们不免发现ReentrantLock和Synchronized非常相像,下面来说一说他们的区别:

1.synchronized是一个关键字,是JVM内部实现的(大概率是基于C++实现).ReentrantLock是标准库中的一个类,在JVM外实现的(基于Java实现).

2.synchronized使用时不需要手动释放锁.ReentrantLock使用时需要手动释放.使用起来更灵活,但是也容易遗漏unlock.

3.synchronized在申请失败时,会死等.ReentrantLock可以通过trylock的方式等待一段时间后就放弃

4.synchronized是非公平锁,ReentrantLock默认是非公平锁.可以通过一个构造方法传入一个true进入公平锁模式(原理:通过队列记录加锁线程的先后顺序).

//ReentrantLock的构造方法
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

5.搭配的等待通知机制是不同的

对于synchronize,搭配wait/notify

对于ReentrantLock,搭配Condition类,功能比wait,notify略强一些.

如何选择使用哪个锁

1.锁竞争不激烈时,使用synchronized,效率更高,自动释放更方便.

2.锁竞争激烈时,搭配trylock更灵活控制锁的行为,而不是死等

3.如果需要使用公平锁,使用ReentrantLock.

其实,一般情况下会使用synchronized即可.

信号量Semaphore

信号量,用来表示"可用资源的个数".本质上就是一个计数器.

理解信号量(想象成一个更广义的锁)

可以把信号量想象成是停车场的展示牌:当前有车位100个.表示有100个可用资源.

当有车开进去的时候,就相当于申请(acquire)一个可用资源,可用车位就-1.(这称为信号量的P操作)

当有车开出来的时候,就相当于释放(release)一个可用资源,可用车位就+1.(这称为信号量的V操作)

如果计数器的值已经为0了,还尝试申请资源,就会堵塞等待,直到有其它线程释放资源.

Semaphore的PV操作中的加减计数器操作都是原子的,可以在多线程下直接使用.

所谓锁本质也是一种特殊的信号量.锁可以认为就是计数值为1的信号量,释放状态就是1,加锁状态就是0.对于这种非0即1的信号量.称为"二元信号量".

代码示例:

1.创建Semaphore示例,初始化为4,表示有4个可用资源.

2.acquire方法表示申请资源(P操作),release方法表示释放资源(V操作).

3.创建20个线程,每个线程都尝试申请资源,sleep一秒之后,释放资源,观察程序的执行效果.

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class ThreadDemo9 {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(4);

        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("申请资源");
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("我获取到资源了");
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("我释放资源了");
                    semaphore.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread t = new Thread(runnable);
            t.start();
        }
    }
}

总结:如何保证线程安全

1.synchronized

2.Reentrantlock

3.CAS(原子类)

4.Semaphore (也可以用于实现生产者消费者模型:

定义两个信号量:一个用来表示队列中有多少个可以消费的元素sem1,另一个用于表示队列中有多少个可放置新元素的空间sem2.

生产:sem1.V(),sem2.P()

消费:sem1.P(),sem2.V()

CountDownLatch

同时等待N个任务执行结束.(多线程中执行一个任务,把大的任务分为几个部分,由每个线程分别执行).

就好像跑步比赛,10个选手依次就位,哨声响了才能同时出发;所有选手都通过终点,才能公布成绩.

1.构造CountDownLatch实例,初始化10表示有10个任务需要完成.

2.每个任务执行完毕,都调用latch.countDown().在CountDownLatch1内部的计数器同时自减

3.主线程中使用latch.await();阻塞等待所有任务执行完毕.相当于计数器为0了.

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ThreadDemo10 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        Runnable r = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Random random = new Random();
                int x = random.nextInt(5) + 1;
                try {
                    Thread.sleep(x * 1000);
                    latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        };

        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(r).start();
        }

        //必须等到所有线程全部结束
        latch.await();
        System.out.println("比赛结束");
    }
}

相关面试题

1.线程同步的方式有哪些?

synchronized, ReentrantLock, Semaphore等都用于线程同步.

2.为什么有了synchronized还需要juc下的lock?

以juc的ReentrantLock为例,

synchronized使用时不需要手动释放锁.ReentrantLock使用时需要通过手动释放,使用起来更加灵活.

synchronized在申请失败后会死等.ReentrantLock可以通过trylock的方式等待一段时间就放弃.

synchronized是非公平锁,ReentrantLock默认是非公平锁.可以通过构造方法传入一个true开启公平锁模式

synchronized是通过Object的wait/notify实现等待-唤醒.每次唤醒的是一个随机等待的线程.ReentrantLock搭配Condition类实现等待-唤醒,可以更精确的控制唤醒某个指定的线程.

3.信号量听说过吗?都用于哪些场景下?

信号量,用来表示"可用资源的个数",本质上就是一个计数器.

使用信号量可以实现"共享锁",比如某个资源允许3个线程同时使用,那么就可以使用P操作加锁,V操作为解锁,前三个线程的P操作都能顺利返回,后续再进行P操作就会阻塞等待,直到前面的线程执行了V操作.

总结 

到此这篇关于Java多线程之JUC(java.util.concurrent)的常见类(多线程编程常用类)的文章就介绍到这了,更多相关Java JUC常见类内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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