Java 多线程并发编程
在Java中开启新线程执行，一般做法是继承Runnable接口，实现run()，然后使用new Tread().start(run)。如果我们需要对执行结果处理或者线程限制，使用Java提供的并发工具会使多并发编程变得简单。
Java并发工具在 java.util.concurrent 包及其子包 java.util.concurrent.atomic 和 java.util.concurrent.locks 下。本章会介绍相关工具用法。
创建
在并发工具中我们用 Executor 代替 Thread 异步执行。
Executor
一个简单的标准化接口，用于定义定制的类线程子系统，包括线程池、异步I/O和轻量级任务框架。根据所使用的具体执行器类，任务可以在新创建的线程、现有的任务执行线程或调用execute的线程中执行，并且可以顺序执行或并发执行。
ExecutorService
继承Executor接口，提供了一个更完整的异步任务执行框架，理任务的排队和调度，并允许受控关机。
ScheduledExecutorService
继承ExecutorService接口，添加了对延迟和周期性任务执行的支持。
我们一般使用 Executors 创建线程池，获得执行器。
| 方法 | 说明 | 备注 |
|---|---|---|
| newSingleThreadExecutor() | 创建单线程执行器 | 返回ExecutorService |
| newSingleThreadScheduledExecutor() | 创建单线程任务执行器 | 返回ScheduledExecutorService |
| newCachedThreadPool() | 创建线程池执行 | 根据需要创建新线程，返回ExecutorService |
| newFixedThreadPool(5) | 创建固定线程数的线程池 | 固定5个线程，返回ExecutorService |
| newScheduledThreadPool(5) | 创建固定线程数的线程池 | 固定5个线程，返回ScheduledExecutorService |
执行
实现一个 Runnable 接口：
/**
* @author Engr-Z
* @since 2021/2/10
*/
@Slf4j
public class DemoRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
log.info("demo runnable");
}
}
- 立即执行
// 创建单线程执行器
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.execute(new DemoRunnable());
- 延迟执行
@Test
// 创建单线程任务执行器
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
// 延迟5秒执行，可以指定单位，天/时/分/秒 等
scheduledExecutorService.schedule(new DemoRunnable(), 5, TimeUnit.SECONDS);
- 周期性执行
// 创建单线程任务执行器
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
// 延迟5秒执行，然后每隔1分钟执行一次
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new DemoRunnable(), 5, 1, TimeUnit.MINUTES);
如果遇到异常，执行会停止。
scheduleWithFixedDelay 和 scheduleAtFixedRate 最大区别是：scheduleWithFixedDelay 会等待上一次任务执行完后再开始下一次执行， scheduleAtFixedRate 以固定周期间隔执行，无论上一次任务是否执行完成都会开始。
使用返回ScheduledFuture的对象执行 cancel(true) 可以终止任务
获取异步执行结果
如果需要获取异步执行结果，再进行下一步计算，需要关现 Callable 接口中 call 方法。它比 Runnable 的 run 方法不同的是方法执行完需要返回值。
使用 FutureTask 执行 Callable ：
FutureTask futureTask = new FutureTask(new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
log.info("call method");
return "hello world";
}
});
// 执行
futureTask.run();
// 阻塞
Object obj = futureTask.get();
log.info("obj->{}", obj);
使用 futureTask.get() 会阻塞当前线程，直到 call 方法执行完返回结果。
计数器
当我们需要等待一组异步任务执行完后再往下执行，可以使用 CountDownLatch 。
// 初始化10个计数
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
Executors.newSingleThreadExecutor().execute(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
while (countDownLatch.getCount() > 0) {
log.info("count={}", countDownLatch.getCount());
// 减一
countDownLatch.countDown();
Thread.sleep(1000);
}
}
});
// 等待
countDownLatch.await();
log.info("finish");
创建 CountDownLatch 对象，在需要等待的线程中执行 await() 阻塞。在线程中任务完成后执行 countDownLatch.countDown() 减一，直到 count 为0时，继续执行。
同步锁
在并发编程时，对于共享数据，要保证线程安全(同一时间只被一个线程操作)，可以在方法，或代码块中加锁。
public synchronized void method() {
// ....
}
public void method() {
// this 做用于该实例，使用 class 为线程锁
synchronized (this) {
}
}
除了使用 synchronized 关键字，可以使用 ReentrantLock 手动加锁解锁，操作更灵活。
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m() {
lock.lock(); // 加锁
try {
// ...
} finally {
lock.unlock()
}
}
加锁和解锁需要手动进行，如果次数不一至就无法获得锁。
synchronized 不可响应中断，一个线程获取不到锁就一直等着，ReentrantLock可以相应中断。
voliate 和 atomic包
volidate 是Java中的关键字，用来保证变量线程安全。和 synchronized 相比， volatile 更轻量级。
volatile保证一个线程对变量的修改对其他线程可见，无法保证原子性。当只有一个线程修改共享变量时，适合使用volatile 。示例：
private volatile int i = 0;
java.util.concurrent.atomic 是一个支持在单个变量上进行无锁线程安全编程的类的小工具包。
private final AtomicInteger sequenceNumber = new AtomicInteger(0);
public long next() {
// 增加
return sequenceNumber.getAndIncrement();
}
有 AtomicBoolean，AtomicLongInteger，AtomicLong，AtomicLongArray 等，分别对应不同类型。可查阅JDK文档。
ThreadLocal
ThreadLocal 类属于 java.lang 包中的类，它可以在线程中保存一个值。
ThreadLocal<Integer> threadId = new ThreadLocal<>();
threadId.set(1);
获取使用 get 方法。
在 ThreadLocal 中保存的值是存放在当前线程中的，其他线程无法获取。需要注意的是，如果使用了线程程，该值是会保存线程上一次的值。所有用完后在线程释放前使用 threadId.remove() 清除，以免造成bug 。
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