java.util.concurrent包API学习笔记

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java.util.concurrent包API学习笔记

2019年05月09日 ⁄ 综合 ⁄ 共 15143字 ⁄ 字号小中大 ⁄ 评论关闭

java.util.concurrent包API学习笔记

博客分类：

多线程
Java

newFixedThreadPool

创建一个固定大小的线程池。

shutdown()：用于关闭启动线程，如果不调用该语句，jvm不会关闭。

awaitTermination()：用于等待子线程结束，再继续执行下面的代码。该例中我设置一直等着子线程结束。

Java代码  

public class Test {  

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

        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);  

        for (int i = 0; i < 4; i++) {  

            Runnable run = new Runnable() {  

                @Override  

                public void run() {  

                    System.out.println("thread start");  

                }  

            };  

            service.execute(run);  

        }  

        service.shutdown();  

        service.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.DAYS);  

        System.out.println("all thread complete");  

    }  

}

输出：

thread start
thread start
thread start
thread start
all thread complete

newScheduledThreadPool

这个先不说，我喜欢用spring quartz.

CyclicBarrier

假设有只有的一个场景：每个线程代表一个跑步运动员，当运动员都准备好后，才一起出发，只要有一个人没有准备好，大家都等待.

Java代码  

import java.io.IOException;  

import java.util.Random;  

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;  

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

class Runner implements Runnable {  

    private CyclicBarrier barrier;  

    private String name;  

    public Runner(CyclicBarrier barrier, String name) {  

        super();  

        this.barrier = barrier;  

        this.name = name;  

    }  

    @Override  

    public void run() {  

        try {  

            Thread.sleep(1000 * (new Random()).nextInt(8));  

            System.out.println(name + " 准备OK.");  

            barrier.await();  

        } catch (InterruptedException e) {  

            e.printStackTrace();  

        } catch (BrokenBarrierException e) {  

            e.printStackTrace();  

        }  

        System.out.println(name + " Go!!");  

    }  

}  

public class Race {  

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

        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);  

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);  

        executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, "zhangsan")));  

        executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, "lisi")));  

        executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, "wangwu")));  

        executor.shutdown();  

    }  

}

输出：

wangwu 准备OK.
zhangsan 准备OK.
lisi 准备OK.
lisi Go!!
zhangsan Go!!
wangwu Go!!

ThreadPoolExecutor

newFixedThreadPool生成一个固定的线程池，顾名思义，线程池的线程是不会释放的，即使它是Idle。这就会产生性能问题，比如如果线程池的大小为200，当全部使用完毕后，所有的线程会继续留在池中，相应的内存和线程切换（while(true)+sleep循环）都会增加。如果要避免这个问题，就必须直接使用ThreadPoolExecutor()来构造。可以像Tomcat的线程池一样设置“最大线程数”、“最小线程数”和“空闲线程keepAlive的时间”。

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize：池中所保存的线程数，包括空闲线程（非最大同时干活的线程数）。如果池中线程数多于 corePoolSize，则这些多出的线程在空闲时间超过 keepAliveTime 时将会终止。

maximumPoolSize：线程池中最大线程数

keepAliveTime：线程空闲回收的时间

unit：keepAliveTime的单位

workQueue：保存任务的队列，可以如下选择：

无界队列： new LinkedBlockingQueue<Runnable>();
有界队列： new ArrayBlockingQueue<Runnable>(8);你不想让客户端无限的请求吃光你的CPU和内存吧，那就用有界队列

handler：当提交任务数大于队列size会抛出RejectedExecutionException，可选的值为：

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 等待队列空闲
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃要插入队列的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：删除队头的任务

关于corePoolSize和maximumPoolSize：

Java官方Docs写道：

当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时，如果运行的线程少于 corePoolSize，则创建新线程来处理请求（即使存在空闲线程）。如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，则仅当队列（queue）满时才创建新线程。如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，则创建了固定大小的线程池。如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值（如 Integer.MAX_VALUE），则允许池适应任意数量的并发任务。

Java代码  

public class Test {  

    public static void main(String[] args) {  

        BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();  

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

        for (int i = 0; i < 20; i++) {  

            final int index = i;  

            executor.execute(new Runnable() {  

                public void run() {  

                    try {  

                        Thread.sleep(4000);  

                    } catch (InterruptedException e) {  

                        e.printStackTrace();  

                    }  

                    System.out.println(String.format("thread %d finished", index));  

                }  

            });  

        }  

        executor.shutdown();  

    }  

}

原子变量（Atomic )

并发库中的BlockingQueue是一个比较好玩的类，顾名思义，就是阻塞队列。该类主要提供了两个方法put()和take()，前者将一个对象放到队列中，如果队列已经满了，就等待直到有空闲节点；后者从head取一个对象，如果没有对象，就等待直到有可取的对象。

下面的例子比较简单，一个读线程，用于将要处理的文件对象添加到阻塞队列中，另外四个写线程用于取出文件对象，为了模拟写操作耗时长的特点，特让线程睡眠一段随机长度的时间。另外，该Demo也使用到了线程池和原子整型（AtomicInteger），AtomicInteger可以在并发情况下达到原子化更新，避免使用了synchronized，而且性能非常高。由于阻塞队列的put和take操作会阻塞，为了使线程退出，在队列中添加了一个“标识”，算法中也叫“哨兵”，当发现这个哨兵后，写线程就退出。

Java代码  

import java.io.File;  

import java.io.FileFilter;  

import java.util.concurrent.BlockingQueue;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;  

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  

public class Test {  

    static long randomTime() {  

        return (long) (Math.random() * 1000);  

    }  

    public static void main(String[] args) {  

        // 能容纳100个文件  

        final BlockingQueue<File> queue = new LinkedBlockingQueue<File>(100);  

        // 线程池  

        final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);  

        final File root = new File("D:\\dist\\blank");  

        // 完成标志  

        final File exitFile = new File("");  

        // 读个数  

        final AtomicInteger rc = new AtomicInteger();  

        // 写个数  

        final AtomicInteger wc = new AtomicInteger();  

        // 读线程  

        Runnable read = new Runnable() {  

            public void run() {  

                scanFile(root);  

                scanFile(exitFile);  

            }  

            public void scanFile(File file) {  

                if (file.isDirectory()) {  

                    File[] files = file.listFiles(new FileFilter() {  

                        public boolean accept(File pathname) {  

                            return pathname.isDirectory() || pathname.getPath().endsWith(".log");  

                        }  

                    });  

                    for (File one : files)  

                        scanFile(one);  

                } else {  

                    try {  

                        int index = rc.incrementAndGet();  

                        System.out.println("Read0: " + index + " " + file.getPath());  

                        queue.put(file);  

                    } catch (InterruptedException e) {  

                    }  

                }  

            }  

        };  

        exec.submit(read);  

        // 四个写线程  

        for (int index = 0; index < 4; index++) {  

            // write thread  

            final int num = index;  

            Runnable write = new Runnable() {  

                String threadName = "Write" + num;  

                public void run() {  

                    while (true) {  

                        try {  

                            Thread.sleep(randomTime());  

                            int index = wc.incrementAndGet();  

                            File file = queue.take();  

                            // 队列已经无对象  

                            if (file == exitFile) {  

                                // 再次添加"标志"，以让其他线程正常退出  

                                queue.put(exitFile);  

                                break;  

                            }  

                            System.out.println(threadName + ": " + index + " " + file.getPath());  

                        } catch (InterruptedException e) {  

                        }  

                    }  

                }  

            };  

            exec.submit(write);  

        }  

        exec.shutdown();  

    }  

}

CountDownLatch

从名字可以看出，CountDownLatch是一个倒数计数的锁，当倒数到0时触发事件，也就是开锁，其他人就可以进入了。在一些应用场合中，需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情；同时当线程都完成后也会触发事件，以便进行后面的操作。

CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()，前者主要是倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到达0，就只有阻塞等待了。

一个CountDouwnLatch实例是不能重复使用的，也就是说它是一次性的，锁一经被打开就不能再关闭使用了，如果想重复使用，请考虑使用CyclicBarrier。

下面的例子简单的说明了CountDownLatch的使用方法，模拟了100米赛跑，10名选手已经准备就绪，只等裁判一声令下。当所有人都到达终点时，比赛结束。

Java代码  

import java.util.concurrent.CountDownLatch;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

public class Test {  

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

        // 开始的倒数锁  

        final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);  

        // 结束的倒数锁  

        final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);  

        // 十名选手  

        final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);  

        for (int index = 0; index < 10; index++) {  

            final int NO = index + 1;  

            Runnable run = new Runnable() {  

                public void run() {  

                    try {  

                        begin.await();  

                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));  

                        System.out.println("No." + NO + " arrived");  

                    } catch (InterruptedException e) {  

                    } finally {  

                        end.countDown();  

                    }  

                }  

            };  

            exec.submit(run);  

        }  

        System.out.println("Game Start");  

        begin.countDown();  

        end.await();  

        System.out.println("Game Over");  

        exec.shutdown();  

    }  

}

使用Callable和Future实现线程等待和多线程返回值

假设在main线程启动一个线程，然后main线程需要等待子线程结束后，再继续下面的操作，我们会通过join方法阻塞main线程，代码如下：

Java代码  

Runnable runnable = ...;  

Thread t = new Thread(runnable);  

t.start();  

t.join();  

......

通过JDK1.5线程池管理的线程可以使用Callable和Future实现（join()方法无法应用到在线程池线程）

Java代码  

import java.util.concurrent.Callable;  

import java.util.concurrent.ExecutionException;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

import java.util.concurrent.Future;  

public class Test {  

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

        System.out.println("start main thread");  

        final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);  

        Callable<String> call = new Callable<String>() {  

            public String call() throws Exception {  

                System.out.println("  start new thread.");  

                Thread.sleep(1000 * 5);  

                System.out.println("  end new thread.");  

                return "some value.";  

            }  

        };  

        Future<String> task = exec.submit(call);  

        Thread.sleep(1000 * 2);  

        task.get(); // 阻塞，并待子线程结束，  

        exec.shutdown();  

        exec.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.DAYS);  

        System.out.println("end main thread");  

    }  

}

Java代码  

import java.util.ArrayList;  

import java.util.List;  

import java.util.concurrent.Callable;  

import java.util.concurrent.ExecutionException;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

import java.util.concurrent.Future;  

/** 

* 多线程返回值测试 

*/  

public class ThreadTest {  

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

        System.out.println("start main thread");  

        int threadCount = 5;  

        final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);  

        List<Future<Integer>> tasks = new ArrayList<Future<Integer>>();  

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

            Callable<Integer> call = new Callable<Integer>() {  

                public Integer call() throws Exception {  

                    Thread.sleep(1000);  

                    return 1;  

                }  

            };  

            tasks.add(exec.submit(call));  

        }  

        long total = 0;  

        for (Future<Integer> future : tasks) {  

            total += future.get();  

        }  

        exec.shutdown();  

        System.out.println("total: " + total);  

        System.out.println("end main thread");  

    }  

}

CompletionService

这个东西的使用上很类似上面的example，不同的是，它会首先取完成任务的线程。下面的参考文章里，专门提到这个，大家有兴趣可以看下，例子：

Java代码  

import java.util.concurrent.Callable;  

import java.util.concurrent.CompletionService;  

import java.util.concurrent.ExecutionException;  

import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

import java.util.concurrent.Future;  

public class Test {  

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

    ExecutionException {  

        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);  

        CompletionService<String> serv =  

        new ExecutorCompletionService<String>(exec);  

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

            final int NO = index;  

            Callable<String> downImg = new Callable<String>() {  

                public String call() throws Exception {  

                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));  

                    return "Downloaded Image " + NO;  

                }  

            };  

            serv.submit(downImg);  

        }  

        Thread.sleep(1000 * 2);  

        System.out.println("Show web content");  

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

            Future<String> task = serv.take();  

            String img = task.get();  

            System.out.println(img);  

        }  

        System.out.println("End");  

        // 关闭线程池  

        exec.shutdown();  

    }  

}

Semaphore信号量

拿到信号量的线程可以进入代码，否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。下面的例子只允许5个线程同时进入执行acquire()和release()之间的代码

Java代码  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.Executors;  

import java.util.concurrent.Semaphore;  

public class Test {  

    public static void main(String[] args) {  

        // 线程池  

        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();  

        // 只能5个线程同时访问  

        final Semaphore semp = new Semaphore(5);  

        // 模拟20个客户端访问  

        for (int index = 0; index < 20; index++) {  

            final int NO = index;  

            Runnable run = new Runnable() {  

                public void run() {  

                    try {  

                        // 获取许可  

                        semp.acquire();  

                        System.out.println("Accessing: " + NO);  

                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));  

                        // 访问完后，释放  

                        semp.release();  

                    } catch (InterruptedException e) {  

                    }  

                }  

            };  

            exec.execute(run);  

        }  

        // 退出线程池  

        exec.shutdown();  

    }  

}