【JavaEE初阶】 JUC(java.util.concurrent) 的常见类

ReentrantLock

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

我们从字面意思上就可以知道 “Reentrant” 这个单词的原意就是 "可重入”，

所以ReentrantLock 也是可重入锁.

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, 等待一定的时间之后就放弃加锁.

• unlock(): 解锁

代码示例如下：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
-----------------------------------------
lock.lock();
try {
	// working
} finally {
	lock.unlock()
}

ReentrantLock 和 synchronized 的区别

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

• 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.

• synchronized 在申请锁失败时, 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.
  下面是 ReentrantLock 的构造方法，我们从中也可以看出这是一个公平锁（先来后到为公平）

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

• 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.

如何选择使用哪个锁?

在实际应用中我们该如何选择锁呢？

• 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

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

这里以 AtomicInteger 举例，常见方法有：

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

线程池

关于线程池这儿的内容大家可以去博主下面的这篇文章进行了解

【JavaEE初阶】 线程池详解与实现

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

这里博主给大家举个例子，方便大家理解;

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, 就相当于申请一个可用资源, 可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作)
当有车开出来的时候, 就相当于释放一个可用资源, 可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作)
如果计数器的值已经为 0 了, 还尝试申请资源, 就会阻塞等待, 直到有其他线程释放资源

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

代码示例如下：

• 创建 Semaphore 示例, 初始化为 4, 表示有 4 个可用资源.

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

• 创建 20 个线程, 每个线程都尝试申请资源, sleep 1秒之后, 释放资源. 观察程序的执行效果.

实现代码入下：

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class ThreadDemo3 {
    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 < 20; i++) {
            Thread t = new Thread(runnable);
            t.start();
        }
    }
}

CountDownLatch

CountDownLatch的作用为：同时等待 N 个任务执行结束

就好像跑步比赛，10个选手依次就位，哨声响才同时出发；
但是每个选手的实力我们不知道，不知道谁最后到达
而我们需要所有选手都通过终点，才能公布成绩
CountDownLatch就可以起到等待他们全部跑完的效果

接下来我们依旧用代码实例进行讲解：

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

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

• 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

代码示例如下：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ThreadDemo4 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        Runnable r = new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                    latch.countDown();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(r).start();
        }
        // 必须等到 10 人全部回来
        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 等都可以用于线程同步.

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使用时需要手动释放. 使用起来更 灵活,

• synchronized 在申请锁失败时, 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,可以更精确控制唤醒某个指定的线程.

3. AtomicInteger 的实现原理是什么？

基于 CAS 机制. 伪代码如下:

class AtomicInteger {
	private int value;
	public int getAndIncrement() {
	int oldValue = value;
	while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {
		oldValue = value;
	}
	return oldValue;
	}
}

执行过程参考博主写的【JavaEE初阶】 CAS详解

4. 信号量听说过么？之前都用在过哪些场景下？

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 操作作为加锁, V 操作作为解锁, 前三个线程的 P 操作都能顺利返回, 后续线程再进行 P 操作就会阻塞等待,直到前面的线程执行了 V 操作.

5. 解释一下 ThreadPoolExecutor 构造方法的参数的含义

具体实现可以去博主所写的【JavaEE初阶】 线程池详解与实现进行查看

⭕总结

关于《【JavaEE初阶】 JUC(java.util.concurrent) 的常见类》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！