JUC模块

JUC（Java Util Concurrent） 是 Java 标准库中用于支持并发编程的模块，提供了丰富的工具类和框架，帮助开发者编写高效、线程安全的并发程序。JUC 模块自 Java 5 引入，是 Java 并发编程的核心部分。

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1. JUC 的核心组件

1.1 原子类（Atomic Classes）

• 作用：提供原子操作，避免使用锁的情况下实现线程安全。

• 常见类：

  • AtomicInteger：原子操作的整数。

  • AtomicLong：原子操作的长整数。

  • AtomicReference：原子操作的对象引用。

• 示例：

  java

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  AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0);
  atomicInt.incrementAndGet(); // 原子自增

1.2 锁机制（Locks）

• 作用：提供比 synchronized 更灵活的锁机制。

• 常见类：

  • ReentrantLock：可重入锁，支持公平锁和非公平锁。

  • ReentrantReadWriteLock：读写锁，支持读多写少的场景。

  • StampedLock：改进的读写锁，支持乐观读。

• 示例：

  java

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  ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  lock.lock();
  try {
      // 临界区代码
  } finally {
      lock.unlock();
  }

1.3 并发集合（Concurrent Collections）

• 作用：提供线程安全的集合类。

• 常见类：

  • ConcurrentHashMap：线程安全的哈希表。

  • CopyOnWriteArrayList：写时复制的线程安全列表。

  • BlockingQueue：阻塞队列，支持生产者-消费者模式。

• 示例：

  java

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  ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap<>();
  map.put("key", 1);

1.4 线程池（Thread Pools）

• 作用：管理线程的生命周期，避免频繁创建和销毁线程。

• 常见类：

  • ExecutorService：线程池接口。

  • ThreadPoolExecutor：可配置的线程池实现。

  • Executors：工厂类，提供常用的线程池配置。

• 示例：

  java

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  ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
  executor.submit(() -> System.out.println("Task running"));
  executor.shutdown();

1.5 同步工具（Synchronizers）

• 作用：提供线程间的协调机制。

• 常见类：

  • CountDownLatch：等待一组线程完成。

  • CyclicBarrier：让一组线程互相等待。

  • Semaphore：控制同时访问资源的线程数。

  • Phaser：更灵活的同步屏障。

• 示例：

  java

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  CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
      new Thread(() -> {
          System.out.println("Task done");
          latch.countDown();
      }).start();
  }
  latch.await(); // 等待所有任务完成

1.6 Future 和 CompletableFuture

• 作用：支持异步编程。

• 常见类：

  • Future：表示异步计算的结果。

  • CompletableFuture：支持更复杂的异步编程（如链式调用、异常处理）。

• 示例：

  java

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  CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 42);
  future.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

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2. JUC 的优势

2.1 高性能

• JUC 提供了高效的并发工具（如 ConcurrentHashMap、AtomicInteger），避免了锁竞争。

2.2 灵活性

• JUC 提供了比 synchronized 更灵活的锁机制（如 ReentrantLock、StampedLock）。

2.3 可扩展性

• JUC 的线程池和并发集合支持高并发场景。

2.4 丰富的工具

• JUC 提供了多种同步工具（如 CountDownLatch、Semaphore），满足不同的并发需求。

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3. JUC 的应用场景

3.1 高并发数据处理

• 使用 ConcurrentHashMap 处理并发数据。

• 使用 BlockingQueue 实现生产者-消费者模式。

3.2 任务调度

• 使用线程池（如 ThreadPoolExecutor）管理任务执行。

3.3 异步编程

• 使用 CompletableFuture 实现异步任务编排。

3.4 线程同步

• 使用 CountDownLatch、CyclicBarrier 等工具实现线程间的协调。

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4. JUC 的实践示例

4.1 使用线程池执行任务

java

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ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    executor.submit(() -> System.out.println("Task executed by " + Thread.currentThread().getName()));
}
executor.shutdown();

4.2 使用 ConcurrentHashMap

java

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ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key1", 1);
map.put("key2", 2);
System.out.println(map.get("key1")); // 输出 1

4.3 使用 CountDownLatch

java

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CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        System.out.println("Task done");
        latch.countDown();
    }).start();
}
latch.await(); // 等待所有任务完成
System.out.println("All tasks completed");

4.4 使用 CompletableFuture

java

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CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 42);
future.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

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5. JUC 的注意事项

5.1 避免死锁

• 使用锁时注意加锁顺序，避免死锁。

5.2 合理使用线程池

• 根据任务类型选择合适的线程池（如 FixedThreadPool、CachedThreadPool）。

5.3 注意资源竞争

• 使用原子类或锁机制避免资源竞争。

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6. 总结

• JUC 是 Java 并发编程的核心模块，提供了丰富的工具类和框架。

• 它支持高性能、灵活的并发编程，适用于高并发数据处理、任务调度、异步编程等场景。

• 掌握 JUC 的使用可以帮助开发者编写高效、线程安全的并发程序。