J.U.C包简介
J.U.C并发包,即java.util.concurrent
包,是JDK的核心工具包,是JDK1.5之后,由 Doug Lea实现并引入。
整个java.util.concurrent
包,按照功能可以大致划分如下:
- juc-locks 锁框架
- juc-atomic 原子类框架
- juc-sync 同步器框架
- juc-collections 集合框架
- juc-executors 执行器框架
本系列将按上述顺序分析J.U.C,分析所基于的源码为Oracle JDK1.8.0_111。
主要参考书籍:
- 《Java Concurrency in Practice》 Brian Goetz等
- 《JAVA多线程设计模式》 结城 浩
juc-locks 锁框架
早期的JDK版本中,仅仅提供了synchronizd、wait、notify等等比较底层的多线程同步工具,开发人员如果需要开发复杂的多线程应用,通常需要基于JDK提供的这些基础工具进行封装,开发自己的工具类。JDK1.5+后,Doug Lea根据一系列常见的多线程设计模式,设计了JUC并发包,其中java.util.concurrent.locks
包下提供了一系列基础的锁工具,用以对synchronizd、wait、notify等进行补充、增强。
java.util.concurrent.locks
包的结构如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XDZmDBQX-1574218401078)()]
包内接口和类的简单UML图如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fHirW8Q9-1574218401080)()]
juc-atomic 原子类框架
早期的JDK版本中,如果要并发的对Integer、Long、Double之类的Java原始类型或引用类型进行操作,一般都需要通过锁来控制并发,以防数据不一致。
从JDK1.5开始,引入了java.util.concurrent.atomic
工具包,该包提供了许多Java原始/引用类型的映射类,如AtomicInteger
、AtomicLong
、AtomicBoolean
,这些类可以通过一种“无锁算法”,线程安全的操作Integer、Long、Boolean等原始类型。
所谓“无锁算法”,我们在讲juc-locks锁框架系列中,已经接触过太多次了,其实底层就是通过Unsafe类实现的一种比较并交换的算法,大致的结构如下(具体入参,根据上下文有所不同):
boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);
当希望修改的值与expectedValue相同时,则尝试将值更新为updateValue,更新成功返回true,否则返回false。
java.util.concurrent.atomic
包结构如下:
包内类的简单UML图如下:
juc-sync 同步器框架
这里的juc-sync同步器框架,是指java.util.concurrent
包下一些辅助同步器类,每个类都有自己适合的使用场景:
同步器名称 | 作用 |
CountDownLatch | 倒数计数器,构造时设定计数值,当计数值归零后,所有阻塞线程恢复执行;其内部实现了AQS框架 |
CyclicBarrier | 循环栅栏,构造时设定等待线程数,当所有线程都到达栅栏后,栅栏放行;其内部通过ReentrantLock和Condition实现同步 |
Semaphore | 信号量,类似于“令牌”,用于控制共享资源的访问数量;其内部实现了AQS框架 |
Exchanger | 交换器,类似于双向栅栏,用于线程之间的配对和数据交换;其内部根据并发情况有“单槽交换”和“多槽交换”之分 |
Phaser | 多阶段栅栏,相当于CyclicBarrier的升级版,可用于分阶段任务的并发控制执行;其内部比较复杂,支持树形结构,以减少并发带来的竞争 |
juc-collections 集合框架
这里的juc-collections集合框架,是指java.util.concurrent
包下的一些同步集合类,按类型划分可以分为:符号表、队列、Set集合、列表四大类,每个类都有自己适合的使用场景,整个juc-collections集合框架的结构如下图:
其中阻塞队列的分类及特性如下表:
队列特性 | 有界队列 | 近似无界队列 | 无界队列 | 特殊队列 |
有锁算法 | ArrayBlockingQueue | LinkedBlockingQueue、LinkedBlockingDeque | / | PriorityBlockingQueue、DelayQueue |
无锁算法 | / | / | LinkedTransferQueue | SynchronousQueue |
juc-executors 执行器框架
executors框架是整个J.U.C包中类/接口关系最复杂的框架,executors其实可以划分为3大块,每一块的核心都是基于***Executor***这个接口:
- 线程池
- Future模式
- Fork/Join框架
后续文章将从juc-locks锁框架开始,循序渐进得介绍各个框架中得多线程工具的使用方法和原理。