java 多线程 map 线程安全

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云端筑梦者 2024-09-28 23:19:25

文章标签 java 多线程 map 线程安全 java 应用场景 System 文章分类 Java 后端开发

1、JUC简介

在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent(简称JUC)包,在此包中增加了在并发编程中很常用的工具类,

用于定义类似于线程的自定义子系统,包括线程池,异步 IO 和轻量级任务框架;还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现等,大大的提高了java的并发性能。

2、JUC之AQS

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是JUC的核心，其特点：

（1）使用Node实现FIFO队列，可以用于构建锁或者其他同步装置的基本框架；

（2）利用了一个int型表示状态；

（3）使用方法是继承

（4）子类通过继承并通过实现它的方法管理其状态（acquire和release）的方法操纵状态

（5）可以同时实现排它锁和共享锁模式（独占、共享）

下面是AQS数据结构的底层实现：

java 多线程 map 线程安全_java 多线程 map 线程安全

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)原理图：

java 多线程 map 线程安全_java_02

3、CountDouwnLatch

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待，它可以让某一个线程等待直到倒计时结束，再开始执行。

CountDownLatch 的两种典型用法:

CountDouwnLatch相当于一个计数器，是一个原子操作，调用了该类的await（）方法的线程会一直处于阻塞的状态，直到其他线程调用countDown（）方法使得计数器的值等于0，调用了该类的await（）方法线程机会重新执行。但是该过程只能执行一次，因为计数器的值不能重（CyclicBarrier类可以重置）
实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的
CountDownLatch 对象，将其计数器初始化为 1 ：new CountDownLatch(1)，多个线程在开始执行任务前首先
coundownlatch.await()，当主线程调用 countDown() 时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。

4、Semaphore
Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源，维护资源的访问个数。Semaphore通过acquire（）获取许可，release()方法释放许可，Semaphore经常用于限制获取某种资源的线程数量。

Semaphore 有两种模式:

公平模式：调用acquire的顺序就是获取许可证的顺序，遵循FIFO；
非公平模式：抢占式的。

5、CyclicBarrier
CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能比 CountDownLatch 更加复杂和强大。主要应用场景和 CountDownLatch 类似。

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干活。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。

java 多线程 map 线程安全_应用场景_03

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应用场景。比如我们用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个Sheet保存一个帐户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个sheet里的银行流水，都执行完之后，得到每个sheet的日均银行流水，最后，再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水。

public class CyclicBarrierExample2 {
	// 请求的数量
	private static final int threadCount = 550;
	// 需要同步的线程数量
	private static final CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		// 创建线程池
		ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);

		for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
			final int threadNum = i;
			Thread.sleep(1000);
			threadPool.execute(() -> {
				try {
					test(threadNum);
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				} catch (BrokenBarrierException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			});
		}
		threadPool.shutdown();
	}

	public static void test(int threadnum) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
		System.out.println("threadnum:" + threadnum + "is ready");
		try {
			cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("-----CyclicBarrierException------");
		}
		System.out.println("threadnum:" + threadnum + "is finish");
	}

}

注意：
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别：

CountDownLatch是计数器，只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器提供reset功能，可以多次使用。

对于CountDownLatch来说，重点是“一个线程（多个线程）等待”，而其他的N个线程在完成“某件事情”之后，可以终止，也可以等待。而对于CyclicBarrier，重点是多个线程，在任意一个线程没有完成，所有的线程都必须等待。

CountDownLatch是计数器，线程完成一个记录一个，只不过计数不是递增而是递减，而CyclicBarrier更像是一个阀门，需要所有线程都到达，阀门才能打开，然后继续执行。

java 多线程 map 线程安全_System_04