java 外部Tools-Executors|Semaphor|Exchanger|CyclicBarrier|CountDownLatch

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前面写了两篇JDBC源码的文章，自己都觉得有点枯燥，先插一段JUC系列的文章来换换胃口，前面有文章大概介绍过J U C包含的东西，JUC体系包含的内容也是非常的多，不是一两句可以说清楚的，我这首先列出将会列举的JUC相关的内容，然后介绍本文的版本：Tools部分

J.U.C体系的主要大板块包含内容，如下图所示：

 

注意这个里面每个部分都包含很多的类和处理器，而且是相互包含，相互引用的，相互实现的。

说到J UC其实就是说Java的多线程等和锁，前面说过一些状态转换，中断等，我们今天来用它的tools来实现一些有些小意思的东西，讲到其他内容的时候，再来想想这写tools是怎么实现的。

tools是本文说要讲到的重点，而tools主要包含哪些东西呢：

Tools也包含了5个部分的知识：Executors、Semaphor、Exchanger、CyclicBarrier、CountDownLatch，其实也就是五个工具类，这5个工具类有神马用途呢，就是我们接下来要将的内容了。

 

Executors：

其实它主要用来创建线程池，代理了线程池的创建，使得你的创建入口参数变得简单，通过方法名便知道了你要创建的线程池是什么样一个线程池，功能大概是什么样的，其实线程池内部都是统一的方法来实现，通过构造方法重载，使得实现不同的功能，但是往往这种方式很多时候不知道具体入口参数的改变有什么意思，除非读了源码才知道，此时builder模式的方式来完成，builder什么样的东西它告诉你就可以。

常见的方法有(都是静态方法)：

1、创建一个指定大小的线程池，如果超过大小，放入blocken队列中，默认是LinkedBlockingQueue，默认的ThreadFactory为：Executors.defaultThreadFactory()，是一个Executors的一个内部类。

Executors.newFixedThreadPool(int) 

内部实现是：

 

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue());
}

 

 

2、创建一个指定大小的线程池，如果超过大小，放入blocken队列中,默认是LinkedBlockingQueue，自己指定ThreadFactory，自己写的ThreadFactory，必须implements ThreadFactory，实现方法：newThread(Runnable)。

Executors.newFixedThreadPool(int,ThreadFactory) 
内部实现是：

 

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue(),
                                  threadFactory);
}

3、创建线程池长度为1的，也就是只有一个长度的线程池，多余的必须等待，它和调用Executors.newFixedThreadPool(1)得到的结果一样：

 

 Executors.newSingleThreadExecutor() 

内部实现是：

 

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue()));
}

是不是蛮简单的，就是在变参数，你自己也可以new的。

 

4、和方法3类似，可以自定义ThreadFactory，这里就不多说了！

5、创建可以进行缓存的线程池，默认缓存60s，数据会放在一个SynchronousQueue上，而不会进入blocken队列中，也就是只要有线程进来就直接进入调度，这个不推荐使用，因为容易出问题，除非用来模拟一些并发的测试：

Executors.newCachedThreadPool();

内部实现为：

 

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue());
}

6、和方法5类似，增加自定义ThreadFactory

 

7、添加一个Schedule的调度器的线程池，默认只有一个调度：

Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

内部实现为(这里可以看到不是用ThreadPoolExector了，schedule换了一个类，内部实现通过ScheduledThreadPoolExecutor类里面的内部类ScheduledFutureTask来实现的，这个内部类是private，默认是引用不到的哦)：

 

public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
    return new DelegatedScheduledExecutorService
        (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
}

8、和7一样，增加自己定义的ThreadFactory

 

9、添加一个schedule的线程池调度器，和newFixedThreadPool有点类似：

Executors.newScheduledThreadPool();
内部代码为：

 

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

其实内部Exectors里面还有一些其他的方法，我们就不多说明了，另外通过这里，大家先可以了解一个大概，知道Exectors其实是一个工具类，提供一系列的静态方法，来完成对对应线程池的形象化创建，所以不用觉得很神奇，神奇的是内部是如何实现的，本文我们不阐述文章中各种线程池的实现，只是大概上有个认识，等到我们专门将Exector系列的时候，我们会详细描述这些细节。

 

OK，我们继续下一个话题：

Semaphor，这个鸟东西是敢毛吃的呢？

答：通过名字就看出来了，是信号量。

信号量可以干什么呢？

答：根据一些阀值做访问控制。

OK，我们这里模拟一个当多个线程并发一段代码的时候，如何控制其访问速度：

 

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


  public class SemaphoreTest {
      private final static Semaphore MAX_SEMA_PHORE = new Semaphore(10);
      public static void main(String []args) {
           for(int i = 0 ; i < 100 ; i++) {
                final int num = i;
                final Random radom = new Random();
                new Thread() {
                     public void run() {
                         boolean acquired = false;
                         try {
                              MAX_SEMA_PHORE.acquire();
                              acquired = true;
                              System.out.println("我是线程：" + num + " 我获得了使用权！" + DateTimeUtil.getDateTime());
                              long time = 1000 * Math.max(1, Math.abs(radom.nextInt() % 10));
                              Thread.sleep(time);
                              System.out.println("我是线程：" + num + " 我执行完了！" + DateTimeUtil.getDateTime());
                         }catch(Exception e) {
                              e.printStackTrace();
                         }finally {
                              if(acquired) {
                                 MAX_SEMA_PHORE.release();
                              }
                         }
                      }
                }.start();
           }
      }
  }

 

 

这里是简单模拟并发100个线程去访问一段程序，此时要控制最多同时运行的是10个，用到了这个信号量，运行程序用了一个线程睡眠一个随机的时间来代替，你可以看到后面有线程说自己释放了，就有线程获得了，没释放是获取不到的，内部实现方面，我们暂时不管，暂时知道这样用就OK。

 

接下来：

Exchanger十个神马鬼东西呢？

答：线程之间交互数据，且在并发时候使用，两两交换，交换中不会因为线程多而混乱，发送出去没接收到会一直等，由交互器完成交互过程。

啥时候用，没想到案例？

答：的确很少用，而且案例很少，不过的确有这种案例，Exchanger

 

import java.util.concurrent.Exchanger;

public class ExchangerTest {

    public static void main(String []args) {
        final Exchanger exchanger = new Exchanger();
        for(int i = 0 ; i < 10 ; i++) {
            final Integer num = i;
            new Thread() {
                public void run() {
                    System.out.println("我是线程：Thread_" + this.getName() + "我的数据是：" + num);
                    try {
                        Integer exchangeNum = exchanger.exchange(num);
                        Thread.sleep(1000);
                        System.out.println("我是线程：Thread_" + this.getName() + "我原先的数据为：" + num + " , 交换后的数据为：" + exchangeNum);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }
}

这里运行你可以看到，如果某个线程和另一个线程传送了数据，它接受到的数据必然是另一个线程传递给他的，中间步骤由Exchanger去控制，其实你可以说，我自己随机取选择，不过中间的算法逻辑就要复杂一些了。

 

 

接下来：

CyclicBarrier，关卡模式，搞啥玩意的呢？

答：当你在很多环节需要卡住，要多个线程同时在这里都达到后，再向下走，很有用途。

能否举个例子，有点抽象？

答：团队出去旅行，大家一起先达到酒店住宿，然后一起达到游乐的地方游玩，然后一起坐车回家，每次需要点名后确认相关人员均达到，然后LZ一声令下，触发，大伙就疯子般的出发了。

下面的例子也是以旅游的方式来呈现给大家：

 

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class BarrierTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 10;

    private final static CyclicBarrier CYCLIC_BARRIER = new CyclicBarrier(THREAD_COUNT  ,
        new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("======>我是导游，本次点名结束，准备走下一个环节!");
            }
        }
    );

    public static void main(String []args)
            throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        for(int i = 0 ; i < 10 ; i++) {
            new Thread(String.valueOf(i)) {
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("我是线程：" + this.getName() + " 我们达到旅游地点！");
                        CYCLIC_BARRIER.await();
                        System.out.println("我是线程：" + this.getName() + " 我开始骑车！");
                        CYCLIC_BARRIER.await();
                        System.out.println("我是线程：" + this.getName() + " 我们开始爬山！");
                        CYCLIC_BARRIER.await();
                        System.out.println("我是线程：" + this.getName() + " 我们回宾馆休息！");
                        CYCLIC_BARRIER.await();
                        System.out.println("我是线程：" + this.getName() + " 我们开始乘车回家！");
                        CYCLIC_BARRIER.await();
                        System.out.println("我是线程：" + this.getName() + " 我们到家了！");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }
}

测试结果中可以发现，大家一起走到某个步骤后，导游说：“我是导游，本次点名结束，准备走下一个环节!”，然后才会进入下一个步骤，OK，这个有点意思吧，其实赛马也是这个道理，只是赛马通常只有一个步骤，所以我们还有一个方式是：

 

CountDownLatch的方式来完成赛马操作，CountDownLatch是用计数器来做的，所以它不可以被复用，如果要多次使用，就要从新new一个出来才可以。我们下面的代码中，用两组赛马，每组5个参与者来，做一个简单测试：

 

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchTest {

    private final static int GROUP_SIZE = 5;

    public static void main(String []args) {
        processOneGroup("分组1");
        processOneGroup("分组2");
    }

    private static void processOneGroup(final String groupName) {
        final CountDownLatch start_count_down = new CountDownLatch(1);
        final CountDownLatch end_count_down = new CountDownLatch(GROUP_SIZE);
        System.out.println("==========================>\n分组：" + groupName + "比赛开始：");
        for(int i = 0 ; i < GROUP_SIZE ; i++) {
            new Thread(String.valueOf(i)) {
                public void run() {
                    System.out.println("我是线程组：【" + groupName + "】,第：" + this.getName() + " 号线程,我已经准备就绪！");
                    try {
                        start_count_down.await();//等待开始指令发出即：start_count_down.countDown();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("我是线程组：【" + groupName + "】,第：" + this.getName() + " 号线程,我已执行完成！");
                    end_count_down.countDown();
                }
            }.start();
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("各就各位，预备！");
        start_count_down.countDown();//开始赛跑
        try {
            end_count_down.await();//等待多个赛跑者逐个结束
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("分组：" + groupName + "比赛结束！");
    }
}

 

 

有点意思哈，如果你自己用多线程实现是不是有点麻烦，不过你可以用Thread的join方法来实现，也就是线程的发生join的时候，当前线程（一般是主线程）要等到对应线程执行完run方法后才会进入下一步，为了模拟下，我们也来玩玩：

 

public class ThreadJoinTest {

    private final static int GROUP_SIZE = 5;

    public static void main(String []args) throws InterruptedException {
        Thread []threadGroup1 = new Thread[5];
        Thread []threadGroup2 = new Thread[5];
        for(int i = 0 ; i < GROUP_SIZE ; i++) {
            final int num = i;
            threadGroup1[i] = new Thread() {
                public void run() {
                    int j = 0;
                    while(j++ < 10) {
                        System.out.println("我是1号组线程：" + num + " 这个是我第：" + j + " 次运行！");
                    }
                }
            };
            threadGroup2[i] = new Thread() {
                public void run() {
                    int j = 0;
                    while(j++ < 10) {
                        System.out.println("我是2号组线程：" + num + " 这个是我第：" + j + " 次运行！");
                    }
                }
            };
            threadGroup1[i].start();
        }
        for(int i = 0 ; i < GROUP_SIZE ; i++) {
            threadGroup1[i].join();
        }
        System.out.println("-==================>线程组1执行完了，该轮到俺了！");
        for(int i = 0 ; i < GROUP_SIZE ; i++) {
            threadGroup2[i].start();
        }
        for(int i = 0 ; i < GROUP_SIZE ; i++) {
            threadGroup2[i].join();
        }
        System.out.println("全部结束啦！哈哈，回家喝稀饭！");
    }
}

代码是不是繁杂了不少，呵呵，我们再看看上面的信号量，如果不用工具，自己写会咋写，我们模拟CAS锁，使用Atomic配合完成咋来做呢。也来玩玩，呵呵：

 

 

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class ThreadWaitNotify {

    private final static int THREAD_COUNT = 100;

    private final static int QUERY_MAX_LENGTH = 2;

    private final static AtomicInteger NOW_CALL_COUNT = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String []args) throws InterruptedException {
        Thread []threads = new Thread[THREAD_COUNT];
        for(int i = 0 ; i < THREAD_COUNT ; i++) {
            threads[i] = new Thread(String.valueOf(i)) {
                synchronized public void run() {
                    int nowValue = NOW_CALL_COUNT.get();
                    while(true) {
                        if(nowValue < QUERY_MAX_LENGTH && NOW_CALL_COUNT.compareAndSet(nowValue, nowValue + 1)) {
                            break;//获取到了
                        }
                        try {
                            this.wait(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        nowValue = NOW_CALL_COUNT.get();//获取一个数据，用于对比
                    }
                    System.out.println(this.getName() + "======我开始做操作了！");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(this.getName() + "======操作结束了！");
                    NOW_CALL_COUNT.getAndDecrement();
                    this.notify();
                }
            };
        }
        for(int i = 0 ; i < THREAD_COUNT ; i++) {
            threads[i].start();
        }
    }
}

还是有点意思哈，这样写就是大部分人对while循环那部分会写晕掉，主要是要不断去判定和尝试，wait()默认是长期等待，但是我们不想让他长期等待，就等1s然后再尝试，其实例子还可以改成wait一个随机的时间范围，这样模拟的效果会更加好一些；另外实际的代码中，如果获取到锁后，notify方法应当放在finally中，才能保证他肯定会执行notify这个方法。