Java中的并发工具类详细解析

2023-12-29 10:12 开发作者： Java都不学

前言

CountDownLatch、 CyclicBarrier 和 Semaphore 工具类提供了一种并发流程控制的手段

Exchanger 工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段。

等待多线程完成的 CountDownLatch

CountDownLatch 允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

public class CountDownLatchTest {
    staticCountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(1);
                // N-1;N为0时,退出await方法
                c.countDown();
                System.out.println(2);
                c.countDown();
            }
        }).start();
        // 带指定时间的 await 方法——await（long time，TimeUnit unit）
        c.await();
        System.out.println("3");
    }
}

CountDownLatch 的构造函数接收一个 int 类型的参数作为计数器，如果你想等待 N 个点完成，这里就传入 N。

当我们调用 CountDownLatch 的 countDown 方法时，N 就会减 1，CountDownLatch 的 await 方法会阻塞当前线程，直到 N 变成零。

由于 countDown 方法可以用在任何地方，所以这里说的 N 个点，可以是 N 个线程，也可以是 1 个线程里的 N 个执行步骤。

用在多个线程时，只需要把这个 CountDownLatch 的引用传递到线程里即可。

计数器必须大于等于 0，只是等于 0 时候，计数器就是零，调用 await 方法时不会阻塞当前线程。

CountDownLatch 不可能重新初始化或者修改 CountDownLatch 对象的内部计数器的值。

一个线程调用 countDown 方法 happen-before，另外一个线程调用 await 方法。

同步屏障 CyclicBarrier

CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。

它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

CyclicBarrier 简介

CyclicBarrier 默认的构造方法是 CyclicBarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用 await 方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

public class CyclicBarrierTest {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    // 到达屏障
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();
        try {
            // 到达屏障
            c.await();
        } catch (Exception e) {
        }
        System.out.println(2); // 1 2 或 2 1 到达顺序不唯一
    }
}

CyclicBarrier 还提javascript供一个更高级的构造函数 CyclicBarrier（int parties，Runnable barrier-Action），用于在线程到达屏障时，优先执行 barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。

import Java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierTest2 {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();
        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {
        }
        System.out.println(2); // 3 1 2
/*因为 CyclicBarrier 设置了拦截线程的数量是 2，
所以必须等代码中的第一个线程和线程 A 都执行完之后，
才会继续执行主线程，然后输出 2*/
    }
    static class A implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(3);
        }
    }
}

CyclicBarrier 的应用场景

CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景

/**
 * 银行流水处理服务类
 *
 * @authorftf
 */
public class BankWaterService implements Runnable {
    /**
     * 创建 4 个屏障，处理完之后执行当前类的 run 方法
     */
    private CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4, this);
    /**
     * 假设只有 4 个 sheet，所以只启动 4 个线程javascript
     */
    private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
    /**
     * 保存每个 sheet 计算出的银流结果
     */
    private ConcurrentHashMap<String, Integer> sheetBankWaterCount = new
            ConcurrentHashMap<String, Integer>();
    private void count() {
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 计算当前 sheet 的银流数据，计算代码省略
                    sheetBankWaterCount
                          http://www.devze.com  .put(Thread.currentThread().getName(), 1);
                    // 银流计算完成，插入一个屏障
                    try {
                        c.await();
                    } catch (InterruptedException |
                            BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        int result = 0;
        // 汇总每个 sheet 计算出的结果
        for (Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) {
            result += sheet.getValue();
        }
        // 将结果输出 sheetBankWaterCount.put("result", result);
        System.out.println(result);
    }
    public static void main(String[] args) {
        BankWaterService bankWaterCount = new BankWaterService();
        bankWaterCount.count();
    }
}

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 的区别

CountDownLatch 的计数器只能使用一次，而 CyclicBarrier 的计数器可以使用 reset() 方法重置。所以 CyclicBarrier 能处理更为复杂的业务场景。

例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。

CyclicBarrier 还提供其他有用的方法，比如 getNumberWaiting 方法可以获得 CyclicBarrier 阻塞的线程数量。

isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

public class CyclicBarrierTest3 {
    staticCyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException,
            BrokenBarrierException {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        });
        thread.start();
        thread.interrupt();
        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(c.isBroken()); //true
        }
    }
}

控制并发线程数的 Semaphore

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

从字面上很难理解 Semaphore 所表达的含义，只能把它比作是控制流量的红绿灯。比如××马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入××马路，但是如果前一百辆中有 5 辆车已经离开了××马路，那么后面就允许有 5 辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

Semaphore 可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是 IO 密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有 10 个，这时我们必须控制只有 10 个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用 Semaphore 来做流量控制

public class SemaphoreTest {
    private static final int THREAD_COUNT = 30;
    private static ExecutorService threadPool =
            Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
    private static Semaphore s = new Semaphore(10);
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire();
                        System.out.println("save data");
                      编程客栈  s.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

虽然有 30 个线程在执行，但是只允许 10 个并发执行。Semaphore 的构造方法 Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。 Semaphore（10）表示允许 10 个线程获取许可证，也就是最大并发数是 10。Semaphore 的用法也很简单，首先线程使用 Semaphore 的 acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用 release()方法归还许可证。还可以用 tryAcquire()方法尝试获取许可证。

Semaphore 还提供一些其他方法，具体如下。

intavailablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
intgetQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
booleanhasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
void reducePermits（int reduction）：减少 reduction 个许可证，是个 protected 方法。
Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个 protected 方法。

线程间交换数据的 Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger 用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过 exchange 方法交换数据，如果第一个线程先执行 exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行 exchange 方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

Exchanger 可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出 2 个交配结果。Exchanger 也可以用于校对工作，比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用 AB 岗两人进行录入，录入到 Excel 之后，系统需要加载这两个 Excel，并对两个 Excel 数据进行校对，看看是否录入一致

public class ExchangerTest {
    private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    public shttp://www.devze.comtatic void main(String[] args) {
        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String A = "银行流水 A"; // A 录入银行流水数据
                    exgr.exchange(A);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });
        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String B = "银行流水 B"; // B 录入银行流水数据
                    String A = exgr.exchange(B);
                    System.out.println("A 和 B 数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A 录入的是："
                            + A + "，B 录入是：" + B);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });
        threadPool.shutdown();
    }
}

如果两个线程有一个没有执行 exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用 exchange（V x，longtimeout，TimeUnit unit）设置最大等待时长。

到此这篇关于Java中的并发工具类详细解析的文章就介绍到这了,更多相关Java中的并发工具内容请搜索编程客栈(www.devze.com)以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程客栈(www.devze.com)！

继续阅读：Java 工具类 Java 并发 Java 并发工具类

Java中的并发工具类详细解析

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前言

等待多线程完成的 CountDownLatch

同步屏障 CyclicBarrier

CyclicBarrier 简介

CyclicBarrier 的应用场景

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 的区别

控制并发线程数的 Semaphore

线程间交换数据的 Exchanger

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