JUC包(java.util.concurrent)下的常用子类

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前言

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一、对象锁juc.locks包

在Java中除了synchronized关键字可以实现对象锁之外，java.util.concurrent中的Lock接口也可以实现对象锁。

介绍一下这个lock锁的简要实现：

• JDK1.0就有的，需要JVM借助操作系统提供的mutex系统原语实现

• JDK1.5之后，Java语言自己实现的互斥锁实现，不需要借助操作系统的monitor机制。

注：使用Lock接口需要显式的进行加锁和解锁操作。

我们可以使用Lock接口的实现子类ReentrantLock来进行加锁解锁：

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 的用法:

1. lock(): 加锁，获取锁失败的线程进入阻塞状态，直到其他线程释放锁，再次竞争，死等。
2. trylock(超时时间): 加锁, 获取锁失败的线程进入阻塞态，等待一段时间，时间过了若还未获取到锁恢复执行，放弃加锁，执行其他代码
3. unlock(): 解锁

synchronized和lock的区别：

1. synchronized 是Java的关键字, 由 JVM 实现，需要依赖操作系统提供的线程互斥原语（mutex），而Lock标准库的类和接口，其中一个最常用的子类（ ReentrantLock ，可重入锁），由Java本身实现的，不需要依赖操作系统。

2. synchronized 隐式的加锁和解锁，lock需要显示进行加锁和解锁

3. synchronized 在获取锁失败的线程时，死等；lock可以使用trylock等待一段时间之后自动放弃加锁，线程恢复执行

4. 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.

5. synchronized不支持读写锁，Lock子类ReentrantReadWriteLock支持读写锁。

6. 更强大的唤醒机制. 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, 可以更精确控制唤醒某个指定的线程

小结：

一般场景synchronized足够用了，需要用超时等待锁，公平锁，读写锁再考虑使用juc.lock

如何选择使用哪个锁?

• 锁竞争不激烈的时候, 使用 synchronized, 效率更高, 自动释放更方便.
• 锁竞争激烈的时候, 使用 ReentrantLock, 搭配 trylock 更灵活控制加锁的行为, 而不是死等.
• 如果需要使用公平锁, 使用 ReentrantLock.

二、原子类

原子类内部用的是 CAS 实现，所以性能要比加锁实现 i++ 高很多。原子类有以下几个：

• AtomicBoolean
• AtomicInteger
• AtomicIntegerArray
• AtomicLong
• AtomicReference
• AtomicStampedReference

以 AtomicInteger 举例，常见方法有：

addAndGet(int delta);   i += delta;
decrementAndGet(); --i;
getAndDecrement(); i--;
incrementAndGet(); ++i;
getAndIncrement(); i++;

三、四个常用工具类

juc包下一共有四个常用工具类：

1. 信号量 - Semaphore
2. 计数器 - CountDownLatch
3. 循环栅栏 - CyclicBarrier
4. 两个线程之间的交换器 - Exchanger

3.1 信号量 Semaphore

信号量Semaphore就是一个计数器，表示当前可用资源的个数

关于信号量Semaphore有两个核心操作：

• P - 申请资源操作
• V - 释放资源操作

Semaphore 的PV加减操作都是原子性的，再多线程场景下可以直接使用

public static void main(String[] args) {
        // 在构造参数传入可用资源的个数
        // 可用资源为6个
        Semaphore semaphore = new Semaphore(6);
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备申请资源");
                    // P操作,每次申请两个资源
                    semaphore.acquire(2);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取资源成功");
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放资源");
                    // V操作，默认释放一个占有的资源
                    semaphore.release(2);
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Thread t = new Thread(runnable,String.valueOf(i + 1));
            t.start();
        }
    }

3.2 CountDownLatch

有点类似于大号的join方法

调用await方法的线程需要等待其他线程将计数器减为0才能继续恢复执行。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 等待线程需要等待的线程数，必须等这10个子线程全部执行完毕再恢复执行
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "到达终点");
                    // 计数器 - 1
                    latch.countDown();
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread t = new Thread(runnable,"运动员" + i + 1);
            t.start();
        }
        // main线程就是裁判线程，需要等待所有运动员到底终点再恢复执行
        // 直到所有线程调用countdown方法将计数器减为0继续执行
        latch.await();
        System.out.println("比赛结束~最终获胜的是鹏哥，有请冠军给大家高歌一首~");
    }

总结

至于CyclicBarrier和Exchanger在本篇就不多介绍，读者可以自行查阅一下官方文档进行仔细的学习~如果有问题可以私信博主，别忘了点赞收藏+关注哦！