Java並發包總結

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Java 並發包

並發包中除了提供高效能的安全執行緒的集合對象外，還提供了很多並發情境需要的原子操作類，例如AtomicInteger，另外還提供了一些用於避免並發時資源衝突的Lock及Condition類。

ConcurrentHashMap

安全執行緒的HashMap的實現。
維護的是一個Segment對象數組，segment繼承ReentrantLock

方法	意義
ConcurrentHashMap()
put(Object key,Object value)	ConcurrentHashMap基於concurrencyLevel劃分出了多個segment來對key-velue進行儲存，從而避免每次put操作都得鎖住整個數組。在預設的情況下，最佳情況可以允許16個線程並發無阻塞的操作集合對象
remove(Object key)
get(Object)
containsKey(Object key)
keySet().iterator()

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是一個安全執行緒，並且在讀操作時無鎖的ArrayList
在讀多寫少，且線程數很多的情況下，比較合適

• CopyOnWriteArrayList()
  和ArrayList不同，建立一個大小為0的數組

• add()
  首先使用ReentrantLock保證安全執行緒，另外每次都會建立一個新的Object數組，此數組的大小為當前數組大小加1，將之前數組中的內容複寫到新的數組中，並將新增加的對象放到數組末尾，最後做引用切換將新建立的數組對象賦值給全域的數組對象

• remove(E)
  首先通過ReentrantLock保證安全執行緒，然後刪除，刪除與ArrayList不同。
• get(int)
  有可能讀到髒資料
• iterator

CopyOnWriteArraySet

基於CopyOnWriteArrayList實現，唯一的不同是在add時調用的是CopyOnWriteArrayList的addIfAbsent方法
CopyOnWriteArraySet在add時每次都要進行數組遍曆，因此效能會略低於CopyOnWriteArrayList.

ArrayBlockingQueue

一個由數組支援的有界阻塞隊列。此隊列按 FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。隊列的頭部 是在隊列中存在時間最長的元素。隊列的尾部 是在隊列中存在時間最短的元素。新元素插入到隊列的尾部，隊列擷取操作則是從隊列頭部開始獲得元素。

這是一個典型的“有界緩衝區”，固定大小的數組在其中保持生產者插入的元素和使用者提取的元素。一旦建立了這樣的緩衝區，就不能再增加其容量。試圖向已滿隊列中放入元素會導致操作受阻塞；試圖從空隊列中提取元素將導致類似阻塞。

• ArrayBlockingQueue(int )
• offer(E,long,TimeUnit)
  將指定的元素插入此隊列的尾部，如果該隊列已滿，則在到達指定的等待時間之前等待可用的空間。
• poll(long,TimeUnit)
  擷取並移除此隊列的頭部，在指定的等待時間前等待可用的元素（如果有必要）。
• put(E)
  將指定的元素插入此隊列的尾部，如果該隊列已滿，則等待可用的空間。
• take()
  擷取並移除此隊列的頭部，在元素變得可用之前一直等待（如果有必要）。

AtomicInteger

支援原子操作的Integer類，

• AtomicInteger()
  建立具有初始值 0 的新 AtomicInteger。
• AtomicInteger(int initialValue)
  建立具有給定初始值的新 AtomicInteger。
• int addAndGet(int delta)
  以原子方式將給定值與當前值相加。
• int decrementAndGet()
  以原子方式將當前值減 1。
• int incrementAndGet()
  以原子方式將當前值加 1。
• get()
  擷取當前值。
• set(int newValue)
  設定為給定值。

Executors

建立線程池

• newFixedThreadPool(int)
• newCachedThreadPool()
• newSingleThreadPool()

FutureTask

可用於非同步擷取執行結果或取消執行任務的情境，通過傳入Runnable或Callable的任務給FutureTask，直接調用其run方法或放入線程池執行，之後可在外部通過FutureTask的get非同步擷取執行結果。FutureTask可以確保即使調用了多次run方法，它都會執行一次Runnable或Callable任務，或者通過cancle取消FutureTask的執行。

方法	意義
FutureTask(Callable callable)	建立一個 FutureTask，一旦運行就執行給定的 Callable。
FutureTask(Runnable runnable, V result)	建立一個 FutureTask，一旦運行就執行給定的 Runnable，並安排成功完成時 get 返回給定的結果 。
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)	試圖取消對此任務的執行。
protected void done()	當此任務轉換到狀態 isDone（不管是正常地還是通過取消）時，調用受保護的方法。
V get()	如有必要，等待計算完成，然後擷取其結果。
V get(long timeout, TimeUnit unit)	如有必要，最多等待為使計算完成所給定的時間之後，擷取其結果（如果結果可用）。
boolean isCancelled()	如果在任務正常完成前將其取消，則返回 true。
boolean isDone()	如果任務已完成，則返回 true。
void run()	除非已將此 Future 取消，否則將其設定為其計算的結果。
protected boolean runAndReset()	執行計算而不設定其結果，然後將此 Future 重設為初始狀態，如果計算遇到異常或已取消，則該操作失敗。
protected void set(V v)	除非已經設定了此 Future 或已將其取消，否則將其結果設定為給定的值。

Semaphore

一個計數訊號量。從概念上講，訊號量維護了一個許可集。如有必要，在許可可用前會阻塞每一個 acquire()，然後再擷取該許可。每個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的擷取者。

方法	意義
Semaphore(int permits)	建立具有給定的許可數和非公平的公平設定的 Semaphore。
Semaphore(int permits, boolean fair)	建立具有給定的許可數和給定的公平設定的 Semaphore。
void acquire()	從此訊號量擷取一個許可，在提供一個許可前一直將線程阻塞，否則線程被中斷。
void release()	釋放一個許可，將其返回給訊號量。
public boolean tryAcquire()	僅在調用時此訊號量存在一個可用許可，才從訊號量擷取許可。(立即擷取許可)

CountDownLatch

用給定的計數 初始化 CountDownLatch。由於調用了 countDown() 方法，所以在當前計數到達零之前，await 方法會一直受阻塞。之後，會釋放所有等待的線程，await 的所有後續調用都將立即返回。這種現象只出現一次——計數無法被重設。

方法	意義
void await()	使當前線程在鎖存器倒計數至零之前一直等待，除非線程被中斷。
boolean await(long timeout, TimeUnit unit)	使當前線程在鎖存器倒計數至零之前一直等待，除非線程被中斷或超出了指定的等待時間。
void countDown()	遞減鎖存器的計數，如果計數到達零，則釋放所有等待的線程。
long getCount()	返回當前計數。
String toString()	返回標識此鎖存器及其狀態的字串。

CyclicBarrier

CyclicBarrier和CountDownLatch不同，CyclicBarrier是當await的數量到達了設定的數量後，才繼續往下執行
該 barrier 在釋放等待線程後可以重用，所以稱它為迴圈 的 barrier。

方法	意義
CyclicBarrier(int parties)	建立一個新的 CyclicBarrier，它將在給定數量的參與者（線程）處於等待狀態時啟動，但它不會在啟動 barrier 時執行預定義的操作。
int await()	在所有參與者都已經在此 barrier 上調用 await 方法之前，將一直等待。

ReentrantLock

一個可重新進入的互斥鎖 Lock，它具有與使用 synchronized 方法和語句所訪問的隱式監視器鎖相同的一些基本行為和語義，但功能更強大。

方法	意義
ReentrantLock()	建立一個 ReentrantLock 的執行個體。
void lock()	擷取鎖。
void unlock()	試圖釋放此鎖。
Condition newCondition()	返回用來與此 Lock 執行個體一起使用的 Condition 執行個體。

Condition

條件（也稱為條件隊列 或條件變數）為線程提供了一個含義，以便在某個狀態條件現在可能為 true 的另一個線程通知它之前，一直掛起該線程（即讓其“等待”）。
Condition 執行個體實質上被綁定到一個鎖上。要為特定 Lock 執行個體獲得 Condition 執行個體，請使用其 newCondition() 方法。

• void await()
  當前線程在接到訊號或被中斷之前一直處於等待狀態。
• void signal()
  喚醒一個等待線程。
• void signalAll()
  喚醒所有等待線程。

ReentrantReadWriteLock

讀寫鎖，此鎖最多支援 65535 個遞迴寫入鎖和 65535 個讀取鎖。試圖超出這些限制將導致鎖方法拋出 Error。
可以方便實現讀者–寫者問題

方法	意義
ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock()	返回用於讀取操作的鎖。
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock()	返回用於寫入操作的鎖。

ReentrantReadWriteLock.ReadLock

• lock()
• unlock()

ReentrantReadWriteLock.WriteLock

• lock()
• unlock()

Exchager

可以在對中對元素進行配對和交換的線程的同步點。每個線程將條目上的某個方法呈現給 exchange 方法，與夥伴線程進行匹配，並且在返回時接收其夥伴的對象。Exchanger 可能被視為 SynchronousQueue 的雙向形式。Exchanger 可能在應用程式（比如遺傳演算法和管道設計）中很有用。

Exchanger<V>
V - 可以交換的物件類型

方法	意義
Exchanger()	建立一個新的 Exchanger。
V exchange(V x)	等待另一個線程到達此交換點（除非當前線程被中斷），然後將給定的對象傳送給該線程，並接收該線程的對象。
V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)	等待另一個線程到達此交換點（除非當前線程被中斷，或者超出了指定的等待時間），然後將給定的對象傳送給該線程，同時接收該線程的對象。

總結

1. 並發架構下的集合類：

   • ArrayBlockingQueue：一個有界阻塞隊列，可以實現生產者–消費者問題
   • CopyOnWriteArrayList：ArrayList 的一個安全執行緒的變體，其中所有可變操作（add、set 等等）都是通過對底層數組進行一次新的複製來實現的。
   • CopyOnWriteArraySet：最適合於具有以下特徵的應用程式：set 大小通常保持很小，唯讀操作遠多於可變操作，需要在遍曆期間防止線程間的衝突。
   • LinkedBlockingQueue：連結隊列的輸送量通常要高於基於數組的隊列，但是在大多數並發應用程式中，其可預知的效能要低。
   • ConcurrentLinkedQueue：基於連結節點的無界安全執行緒隊列
   • ConcurrentHashMap：安全執行緒的HashMap實現

2. 工具類

   • CountDownLatch
   • CyclicBarrier
     cyclic:迴圈的，周期的

   上述兩個工具類都可以用來實現一個線程等待多個線程結束，從而確保幾乎所有線程同時執行

3. 原子操作

   • AtomicInteger
   • AtomicBoolean
   • …

4. 擷取其他線程的傳回值

   • Callable
   • FutureTask

5. 資源競爭

   • Semphore

6. 互斥

   • ReentrantLock
   • Condition
   • ReentrantReadWriteLock
   • ReentrantReadWriteLock.WriteLock
   • ReentrantReadWriteLock.ReadLock

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