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【java】-- java并发包总结

时间:2019-03-21 23:06:15      阅读:195      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:适用于   否则   影响   ali   arraylist   10个   获取数据   举例   功能   

1、同步容器类

1.1、Vector与ArrayList异同

1、Arraylist和Vector都是采用数组方式存储数据,都允许直接序号索引元素,所以查找速度快,但是插入数据等操作涉及到数组元素移动等内存操作,所以插入数据慢

2、 Vector的方法都是同步的(Synchronized),是线程安全的(thread-safe),而ArrayList的方法不是,由于线程的同步必然要影响性能,因此,ArrayList的性能比Vector好。

3、当Vector或ArrayList中的元素超过它的初始大小时,Vector会将它的容量翻倍,而ArrayList只增加50%的大小,这样,ArrayList就有利于节约内存空间。

1.2、HashTable与HashMap

1、hashTable是线程安全的,hashMap不是。它们的性能方面的比较类似 Vector和ArrayList

2、HashMap允许将null作为一个entry的key或者value,而Hashtable不允许。HashMap把Hashtable的contains方法去掉了,改成containsvalue和containsKey。

1.3、synchronizedMap

 Collections.synchronized*(m) 将线程不安全额集合变为线程安全集合

1.4、ConcurrentHashMap

ConcurrentMap接口下有俩个重要的实现 :
ConcurrentHashMap
ConcurrentskipListMap (支持并发排序功能。弥补ConcurrentHas hMa p)
ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分,每个段其实就是一个
小的HashTable,它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上,它们就可以并
发进行。把一个整体分成了16个段(Segment.也就是最高支持16个线程的并发修改操作。
这也是在重线程场景时减小锁的粒度从而降低锁竞争的一种方案。并且代码中大多共享变
量使用volatile关键字声明,目的是第一时间获取修改的内容,性能非常好。

1.5、CountDownLatch

作用:CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下,利用它可以实现类似计数器的功能。计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后,计数器的值就会减1。当计数器值到达0时,它表示所有的线程已经完成了任务,然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

如何工作:

CountDownLatch构造器中的计数值(count参数)实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次,而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值

与CountDownLatch的第一次交互是主线程等待其他线程。

主线程必须在启动其他线程后立即调用CountDownLatch.await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞,直到其他线程完成各自的任务。

每当一个线程完成了自己的任务后,计数器的值就会减1。当计数器值到达0时,它表示所有的线程已经完成了任务,然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

 

应用举例:有一个任务A(主线程),它要等待其他2个任务执行完毕之后才能执行,此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

publicclass Test002 {

      publicstaticvoid main(String[] args) throws InterruptedException {

           System.out.println("等待子线程执行完毕...");

           CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

           new Thread(new Runnable() {

                 @Override

                 publicvoid run() {

                      System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "开始执行...");

                      countDownLatch.countDown();// 每次减去1
 
                      System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "结束执行...");

                 }

           }).start();

           new Thread(new Runnable() {

                 @Override

                 publicvoid run() {

                      System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "开始执行...");

                      countDownLatch.countDown();

                      System.out.println("子线程," + Thread.currentThread().getName() + "结束执行...");

                 }

           }).start();

           countDownLatch.await();// 调用当前方法主线程阻塞  countDown结果为0, 阻塞变为运行状态

           System.out.println("两个子线程执行完毕....");

           System.out.println("继续主线程执行..");

      }

}

使用场景:

  1. 实现最大的并行性:有时我们想同时启动多个线程,实现最大程度的并行性。例如,我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch,并让所有线程都在这个锁上等待,那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用 一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。
  2. 开始执行前等待n个线程完成各自任务:例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前,所有N个外部系统已经启动和运行了。
  3. 死锁检测:一个非常方便的使用场景是,你可以使用n个线程访问共享资源,在每次测试阶段的线程数目是不同的,并尝试产生死锁。

1.6、CyclicBarrier

CyclicBarrier初始化时规定一个数目,然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时,所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。 

 CyclicBarrier就象它名字的意思一样,可看成是个障碍, 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。 

CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数, 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后,所有其它线程被唤醒前被执行。

 

class Writer extends Thread {

     private CyclicBarrier cyclicBarrier;

     public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier){

          this.cyclicBarrier=cyclicBarrier;

     }

     @Override

     public void run() {

         System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + ",正在写入数据");

         try {

              Thread.sleep(3000);

         } catch (Exception e) {

              // TODO: handle exception

         }

         System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + ",写入数据成功.....");

        

         try {

              cyclicBarrier.await();

         } catch (Exception e) {

         }

         System.out.println("所有线程执行完毕..........");

     }

 

}

 

public class Test001 {

 

     public static void main(String[] args) {

         CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(5);

         for (int i = 0; i < 5; i++) {

              Writer writer = new Writer(cyclicBarrier);

              writer.start();

         }

     }

 

}

 

Semaphore

Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值,基于此,多个线程竞争获取许可信号,做自己的申请后归还,超过阈值后,线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池,资源池之类的,比如数据库连接池,我们也可以创建计数为1的Semaphore,将其作为一种类似互斥锁的机制,这也叫二元信号量,表示两种互斥状态。它的用法如下:

availablePermits函数用来获取当前可用的资源数量

wc.acquire(); //申请资源

wc.release();// 释放资源

      // 创建一个计数阈值为5的信号量对象 

      // 只能5个线程同时访问 

      Semaphore semp = new Semaphore(5); 

        

      try

          // 申请许可 

          semp.acquire(); 

          try

              // 业务逻辑 

          } catch (Exception e) { 

        

          } finally

              // 释放许可 

              semp.release(); 

          } 

      } catch (InterruptedException e) { 

        

      } 

案例:

需求: 一个厕所只有3个坑位,但是有10个人来上厕所,那怎么办?假设10的人的编号分别为1-10,并且1号先到厕所,10号最后到厕所。那么1-3号来的时候必然有可用坑位,顺利如厕,4号来的时候需要看看前面3人是否有人出来了,如果有人出来,进去,否则等待。同样的道理,4-10号也需要等待正在上厕所的人出来后才能进去,并且谁先进去这得看等待的人是否有素质,是否能遵守先来先上的规则。

代码:

class Parent implements Runnable {

     private String name;

     private Semaphore wc;

     public Parent(String name,Semaphore wc){

         this.name=name;

         this.wc=wc;

     }

     @Override

     public void run() {

         try {

              // 剩下的资源(剩下的茅坑)

              int availablePermits = wc.availablePermits();

              if (availablePermits > 0) {

                   System.out.println(name+"天助我也,终于有茅坑了...");

              } else {

                   System.out.println(name+"怎么没有茅坑了...");

              }

              //申请茅坑 如果资源达到3次,就等待

              wc.acquire();

              System.out.println(name+"终于轮我上厕所了..爽啊");

                 Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); // 模拟上厕所时间。

              System.out.println(name+"厕所上完了...");

              wc.release();

             

         } catch (Exception e) {

 

         }

     }

}

public class TestSemaphore02 {

     public static void main(String[] args) {

         // 一个厕所只有3个坑位,但是有10个人来上厕所,那怎么办?假设10的人的编号分别为1-10,并且1号先到厕所,10号最后到厕所。那么1-3号来的时候必然有可用坑位,顺利如厕,4号来的时候需要看看前面3人是否有人出来了,如果有人出来,进去,否则等待。同样的道理,4-10号也需要等待正在上厕所的人出来后才能进去,并且谁先进去这得看等待的人是否有素质,是否能遵守先来先上的规则。

         Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

         for (int i = 1; i <=10; i++) {

               Parent parent = new Parent("第"+i+"个人,",semaphore);

               new Thread(parent).start();

         }

     }

}

 

 

并发队列

在并发队列上JDK提供了两套实现,一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队

列,一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列,无论哪种都继承自Queue。

 

ConcurrentLinkedDeque
ConcurrentLinkedQueue : 是一个适用于高并发场景下的队列,通过无锁的方式,实现
了高并发状态下的高性能,通常ConcurrentLinkedQueue性能好于BlockingQueue.它
是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。头是最先
加入的,尾是最近加入的,该队列不允许null元素。
ConcurrentLinkedQueue重要方法:
add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中这俩个方法没有任何区别)
poll() 和peek() 都是取头元素节点,区别在于前者会删除元素,后者不会。

     ConcurrentLinkedDeque q = new ConcurrentLinkedDeque();

     q.offer("余胜军");

     q.offer("码云");

     q.offer("蚂蚁课堂");

     q.offer("张杰");

     q.offer("艾姐");

     //从头获取元素,删除该元素

     System.out.println(q.poll());

     //从头获取元素,不刪除该元素

     System.out.println(q.peek());

     //获取总长度

     System.out.println(q.size());

BlockingQueue

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:

在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。
当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。 

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。

 

BlockingQueue即阻塞队列,从阻塞这个词可以看出,在某些情况下对阻塞队列的访问可能会造成阻塞。被阻塞的情况主要有如下两种:

1. 当队列满了的时候进行入队列操作

2. 当队列空了的时候进行出队列操作

因此,当一个线程试图对一个已经满了的队列进行入队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程做了出队列操作;同样,当一个线程试图对一个空队列进行出队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程进行了入队列操作。

在Java中,BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本开始提供),由上面介绍的阻塞队列的特性可知,阻塞队列是线程安全的。

在新增的Concurrent包中,BlockingQueue很好的解决了多线程中,如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类,为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员,包括他们各自的功能以及常见使用场景。

认识BlockingQueue

阻塞队列,顾名思义,首先它是一个队列,而一个队列在数据结构中所起的作用大致如下图所示:

从上图我们可以很清楚看到,通过一个共享的队列,可以使得数据由队列的一端输入,从另外一端输出;

常用的队列主要有以下两种:(当然通过不同的实现方式,还可以延伸出很多不同类型的队列,DelayQueue就是其中的一种)

  先进先出(FIFO):先插入的队列的元素也最先出队列,类似于排队的功能。从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性。

  后进先出(LIFO):后插入队列的元素最先出队列,这种队列优先处理最近发生的事件。

      多线程环境中,通过队列可以很容易实现数据共享,比如经典的“生产者”和“消费者”模型中,通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程,另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程,利用队列的方式来传递数据,就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内,万一发生数据处理速度不匹配的情况呢?理想情况下,如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度,并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候,那么生产者必须暂停等待一下(阻塞生产者线程),以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕,反之亦然。然而,在concurrent包发布以前,在多线程环境下,我们每个程序员都必须去自己控制这些细节,尤其还要兼顾效率和线程安全,而这会给我们的程序带来不小的复杂度。好在此时,强大的concurrent包横空出世了,而他也给我们带来了强大的BlockingQueue。(在多线程领域:所谓阻塞,在某些情况下会挂起线程(即阻塞),一旦条件满足,被挂起的线程又会自动被唤醒)

下面两幅图演示了BlockingQueue的两个常见阻塞场景:

 

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面

是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子:

     ArrayBlockingQueue<String> arrays = new ArrayBlockingQueue<String>(3);

     arrays.add("李四");

      arrays.add("张军");

     arrays.add("张军");

     // 添加阻塞队列

     arrays.offer("张三", 1, TimeUnit.SECONDS);

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。

和ArrayBlockingQueue一样,LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使LinkedBlockingQueue的例子:

LinkedBlockingQueuelinkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue(3);

linkedBlockingQueue.add("张三");

linkedBlockingQueue.add("李四");

linkedBlockingQueue.add("李四");

System.out.println(linkedBlockingQueue.size());

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列,它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注

 

意,PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。

所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口,队列优先级的排序规则就

 

是按照我们对这个接口的实现来定义的。

另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺

 

序进行迭代。

下面我们举个例子来说明一下,首先我们定义一个对象类型,这个对象需要实现Comparable接口:

SynchronousQueue

SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞,除非这个元素被另一个线程消费。

使用BlockingQueue模拟生产者与消费者

class ProducerThread implements Runnable {

     private BlockingQueue queue;

     private volatile boolean flag = true;

     private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();

     public ProducerThread(BlockingQueue queue) {

         this.queue = queue;

     }

 

     @Override

     public void run() {

         try {

              System.out.println("生产线程启动...");

              while (flag) {

                   System.out.println("正在生产数据....");

                   String data = count.incrementAndGet()+"";

                   // 将数据存入队列中

                   boolean offer = queue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS);

                   if (offer) {

                       System.out.println("生产者,存入" + data + "到队列中,成功.");

                   } else {

                       System.out.println("生产者,存入" + data + "到队列中,失败.");

                   }

                   Thread.sleep(1000);

              }

         } catch (Exception e) {

 

         } finally {

              System.out.println("生产者退出线程");

         }

 

     }

 

     public void stop() {

         this.flag = false;

     }

}

 

class ConsumerThread implements Runnable {

     private BlockingQueue<String> queue;

     private volatile boolean flag = true;

 

     public ConsumerThread(BlockingQueue<String> queue) {

         this.queue = queue;

 

     }

 

     @Override

     public void run() {

         System.out.println("消费线程启动...");

         try {

              while (flag) {

                   System.out.println("消费者,正在从队列中获取数据..");

                   String data = queue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);

                   if (data != null) {

                       System.out.println("消费者,拿到队列中的数据data:" + data);

                       Thread.sleep(1000);

                   } else {

                       System.out.println("消费者,超过2秒未获取到数据..");

                       flag = false;

                   }

        

                  

              }

         } catch (Exception e) {

               e.printStackTrace();

         } finally {

              System.out.println("消费者退出线程...");

         }

        

     }

 

}

 

public class ProducerAndConsumer {

     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

         BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(10);

         ProducerThread producerThread1 = new ProducerThread(queue);

         ProducerThread producerThread2 = new ProducerThread(queue);

         ConsumerThread consumerThread1 = new ConsumerThread(queue);

        Thread t1 = new Thread(producerThread1);

        Thread t2 = new Thread(producerThread2);

        Thread c1 = new Thread(consumerThread1);

        t1.start();

        t2.start();

        c1.start();

 

        // 执行10s

        Thread.sleep(10 * 1000);

        producerThread1.stop();

        producerThread2.stop();

  

     }

}

 

【java】-- java并发包总结

标签:适用于   否则   影响   ali   arraylist   10个   获取数据   举例   功能   

原文地址:https://www.cnblogs.com/jsyllhb/p/10503685.html

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