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

缺乏、安全感 2024-04-17 10:33 64阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  ?ReentrantLock
 *   *  ?ReentrantLock 的用法
     *  ?ReentrantLock 和 synchronized 的区别
     *  ?如何选择使用哪个锁?
 *  ?原子类
 *  ?线程池
 *  ?信号量 Semaphore
 *  ?CountDownLatch
 *  ?相关面试题
 *  ⭕总结

## ?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][JavaEE_]

## ?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.

1.  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.

1.  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][JavaEE_ CAS]

1.  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.

1.  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][JavaEE_]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！

[JavaEE_]: https://blog.csdn.net/m0_71731682/article/details/133976759?spm=1001.2014.3001.5501
[JavaEE_ CAS]: https://blog.csdn.net/m0_71731682/article/details/134008889?spm=1001.2014.3001.5501