一、Java并发包提供的线程安全类

  • 提供了比synchronized更高级的各种同步结构。比如ReentrantLock，Semaphore，CountDownLatch，CyclicBarrier等。
  • 各种线程安全的容器，比如ConcurrentHashMap，有序的ConcurrentSikpListMap，以及利用快照机制，实现线程安全的动态数组CopyOnWirteArrayList。
  • 各种并发队列实现。比如各种BlockingQueue的实现，ArrayBlockingQueue，PriorityBlockingQueue，SynchronousQueue等。
  • 强大的Executor框架，可以创建各种不同的线程池，调度任务运行等。

二、为什么要使用多线程编程

上面提到了并发包中的线程安全类。对于多线程编程，基本上出于以下目的：

  • 利用多线程提高程序的扩展能力，以达到业务对吞吐量的要求
  • 协调线程间交互、调度，以完成业务逻辑

三、Semaphore，CountDownLatch，CyclicBarrier的使用

Semaphore（信号量）

信号量为多线程协作提供了更强大的控制方法。从广义上来说，信号量是对锁的扩展。无论是synchronized还是ReentrantLock，一次都只允许一个线程访问资源，而信号量可以指定多个线程同时访问一个资源。

public class SemapDemo implements Runnable{
    final Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
    @Override
    public void run(){
        try{
            semaphore.acquire();
            //模拟耗时操作
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"done");
            semaphore.release();
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

public static void main(String[] args){
    ExecutorService exec=Executors.newFixedThreadPool(20);
    final SemapDemo demo=new SemapEdmo();
    for(int i=0;i<20;i++){
        exec.submit(demo);
    }
}

上述代码中，第7行到第9行是临界区代码，系统会限制执行这段代码的线程数。在代码第2行，申明了一个包含5个许可的信号量，意味着最多同时可以有5个线程进入临界区。申请信号量使用acquire（）操作，离开时必须使用release（）释放。否则可以进入临界区的线程越来越少，最后不可访问。

CountDownLatch（倒计时器）

倒计时器，顾名思义，就是让其他线程都准备好，主线程才会继续执行。类似火箭发射，当各项检查都执行完毕，才会进行点火。

public class CountDownLatchDemo implements Runnable{
    static final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(10);    //一共有10个任务
    static final CountDownLatchDemo demo=new CountDownLatchDemo();
    @Override
    public void run(){
        try{
            //模拟检查任务
            Thread.sleep(new Random().newInt(10)*1000);
            System.out.println("check complete");
            countDownLatch.countDown();            //通知倒计时器，有一个任务已经完成，倒计时器可以减一了
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    ExceutorService exec=Executors.newFixedThreadPool(10);
    for(int i=0;i<10;i++){
        exec.submit(demo);
    }
    //等待检查
    countDownLatch.await();       //等待十个任务都完成后，才可以继续，否则一直等待
    //发射火箭
    System.out.println("Fire");
    exec.shutdown();
}

CyclicBarrier（循环栅栏）

CyclicBarrier是另一种多线程并发控制工具，和CountDownLatch类似，它可以实现线程间的计数等待，但它的功能比CountDownLatch更加强大，可以实现循环等待。