并发编程之六：java并发工具包(java.util.concurrent)汇总介绍

1. java.util.concurrent - Java 并发工具包

Java 5 添加了一个新的包到 Java 平台，java.util.concurrent 包。这个包包含有一系列能够让 Java 的并发编程变得更加简单轻松的类。在这个包被添加以前，你需要自己去动手实现自己的相关工具类。
本文我将带你一一认识 java.util.concurrent 包里的这些类，然后你可以尝试着如何在项目中使用它们。本文中我将使用 Java 6 版本，我不确定这和 Java 5 版本里的是否有一些差异。
我不会去解释关于 Java 并发的核心问题 - 其背后的原理，也就是说，如果你对那些东西感兴趣，参考《Java 并发指南》。

10. 并发 Map(映射) ConcurrentMap

java.util.concurrent.ConcurrentMap

java.util.concurrent.ConcurrentMap 接口表示了一个能够对别人的访问(插入和提取)进行并发处理的 java.util.Map。
ConcurrentMap 除了从其父接口 java.util.Map 继承来的方法之外还有一些额外的原子性方法。

ConcurrentMap 的实现

既然 ConcurrentMap 是个接口，你想要使用它的话就得使用它的实现类之一。java.util.concurrent 包具备 ConcurrentMap 接口的以下实现类：

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 和 java.util.HashTable 类很相似，但 ConcurrentHashMap 能够提供比 HashTable 更好的并发性能。在你从中读取对象的时候 ConcurrentHashMap 并不会把整个 Map 锁住。此外，在你向其中写入对象的时候，ConcurrentHashMap 也不会锁住整个 Map。它的内部只是把 Map 中正在被写入的部分进行锁定。
另外一个不同点是，在被遍历的时候，即使是 ConcurrentHashMap 被改动，它也不会抛 ConcurrentModificationException。尽管 Iterator 的设计不是为多个线程的同时使用。
更多关于 ConcurrentMap 和 ConcurrentHashMap 的细节请参考官方文档。

详细介绍见：并发容器之ConcurrentHashMap

11. 并发导航映射 ConcurrentNavigableMap

java.util.concurrent.ConcurrentNavigableMap 是一个支持并发访问的 java.util.NavigableMap，它还能让它的子 map 具备并发访问的能力。所谓的 "子 map" 指的是诸如 headMap()，subMap()，tailMap() 之类的方法返回的 map。

NavigableMap 中的方法不再赘述，本小节我们来看一下 ConcurrentNavigableMap 添加的方法。

详情见：并发容器之ConcurrentNavigableMap

headMap()

headMap(T toKey) 方法返回一个包含了小于给定 toKey 的 key 的子 map。
如果你对原始 map 里的元素做了改动，这些改动将影响到子 map 中的元素(译者注：map 集合持有的其实只是对象的引用)。
以下示例演示了对 headMap() 方法的使用：

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print ?

ConcurrentNavigableMap map = new ConcurrentSkipListMap();
map.put("1", "one");
map.put("2", "two");
map.put("3", "three");
ConcurrentNavigableMap headMap = map.headMap("2");

headMap 将指向一个只含有键 "1" 的 ConcurrentNavigableMap，因为只有这一个键小于 "2"。关于这个方法及其重载版本具体是怎么工作的细节请参考 Java 文档。

tailMap()

tailMap(T fromKey) 方法返回一个包含了不小于给定 fromKey 的 key 的子 map。
如果你对原始 map 里的元素做了改动，这些改动将影响到子 map 中的元素(译者注：map 集合持有的其实只是对象的引用)。
以下示例演示了对 tailMap() 方法的使用：

[java] view plain copy

print ?

ConcurrentNavigableMap map = new ConcurrentSkipListMap();
map.put("1", "one");
map.put("2", "two");
map.put("3", "three");
ConcurrentNavigableMap tailMap = map.tailMap("2");

tailMap 将拥有键 "2" 和 "3"，因为它们不小于给定键 "2"。关于这个方法及其重载版本具体是怎么工作的细节请参考 Java 文档。

subMap()

subMap() 方法返回原始 map 中，键介于 from(包含) 和 to (不包含) 之间的子 map。示例如下：

[java] view plain copy

print ?

ConcurrentNavigableMap map = new ConcurrentSkipListMap();
map.put("1", "one");
map.put("2", "two");
map.put("3", "three");
ConcurrentNavigableMap subMap = map.subMap("2", "3");

返回的 submap 只包含键 "2"，因为只有它满足不小于 "2"，比 "3" 小。

12. 闭锁 CountDownLatch

java.util.concurrent.CountDownLatch 是一个并发构造，它允许一个或多个线程等待一系列指定操作的完成。
CountDownLatch 以一个给定的数量初始化。countDown() 每被调用一次，这一数量就减一。通过调用 await() 方法之一，线程可以阻塞等待这一数量到达零。
详细见：Java之CountDownLatch闭锁使用

13. 栅栏 CyclicBarrier

java.util.concurrent.CyclicBarrier 类是一种同步机制，它能够对处理一些算法的线程实现同步。换句话讲，它就是一个所有线程必须等待的一个栅栏，直到所有线程都到达这里，然后所有线程才可以继续做其他事情。图示如下：

两个线程在栅栏旁等待对方。
通过调用 CyclicBarrier 对象的 await() 方法，两个线程可以实现互相等待。一旦 N 个线程在等待 CyclicBarrier 达成，所有线程将被释放掉去继续运行。

详细见：同步机制之--java CyclicBarrier 循环栅栏

14. 交换机 Exchanger

java.util.concurrent.Exchanger 类表示一种两个线程可以进行互相交换对象的会和点。这种机制图示如下：

两个线程通过一个 Exchanger 交换对象。
交换对象的动作由 Exchanger 的两个 exchange() 方法的其中一个完成。

java.util.concurrent.Exchanger应用范例与原理浅析--转载

http://blog.csdn.net/huang_xw/article/details/7090162

15. 信号量 Semaphore

java.util.concurrent.Semaphore 类是一个计数信号量。这就意味着它具备两个主要方法：

acquire()
release()

计数信号量由一个指定数量的 "许可" 初始化。每调用一次 acquire()，一个许可会被调用线程取走。每调用一次 release()，一个许可会被返还给信号量。因此，在没有任何 release() 调用时，最多有 N 个线程能够通过 acquire() 方法，N 是该信号量初始化时的许可的指定数量。这些许可只是一个简单的计数器。这里没啥奇特的地方。

Semaphore 用法

信号量主要有两种用途：

保护一个重要(代码)部分防止一次超过 N 个线程进入。
在两个线程之间发送信号。

保护重要部分

如果你将信号量用于保护一个重要部分，试图进入这一部分的代码通常会首先尝试获得一个许可，然后才能进入重要部分(代码块)，执行完之后，再把许可释放掉。

Java 信号量 Semaphore 介绍

16. 执行器服务 ExecutorService

java.util.concurrent.ExecutorService 接口表示一个异步执行机制，使我们能够在后台执行任务。因此一个 ExecutorService 很类似于一个线程池。实际上，存在于 java.util.concurrent 包里的 ExecutorService 实现就是一个线程池实现。

ExecutorService 例子

以下是一个简单的 ExecutorService 例子：

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print ?

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
executorService.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Asynchronous task");
}
});
executorService.shutdown();

首先使用 newFixedThreadPool() 工厂方法创建一个 ExecutorService。这里创建了一个十个线程执行任务的线程池。
然后，将一个 Runnable 接口的匿名实现类传递给 execute() 方法。这将导致 ExecutorService 中的某个线程执行该 Runnable。

任务委派

下图说明了一个线程是如何将一个任务委托给一个 ExecutorService 去异步执行的：

一个线程将一个任务委派给一个 ExecutorService 去异步执行。
一旦该线程将任务委派给 ExecutorService，该线程将继续它自己的执行，独立于该任务的执行。

ExecutorService 实现

既然 ExecutorService 是个接口，如果你想用它的话就得去使用它的实现类之一。java.util.concurrent 包提供了 ExecutorService 接口的以下实现类：

创建一个 ExecutorService

ExecutorService 的创建依赖于你使用的具体实现。但是你也可以使用 Executors 工厂类来创建 ExecutorService 实例。以下是几个创建 ExecutorService 实例的例子：

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print ?

ExecutorService executorService1 = Executors.newSingleThreadExecutor();
ExecutorService executorService2 = Executors.newFixedThreadPool(10);
ExecutorService executorService3 = Executors.newScheduledThreadPool(10);

ExecutorService 使用

有几种不同的方式来将任务委托给 ExecutorService 去执行：

execute(Runnable)
submit(Runnable)
submit(Callable)
invokeAny(...)
invokeAll(...)

接下来我们挨个看一下这些方法。

execute(Runnable)

execute(Runnable) 方法要求一个 java.lang.Runnable 对象，然后对它进行异步执行。以下是使用 ExecutorService 执行一个 Runnable 的示例：

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print ?

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Asynchronous task");
}
});
executorService.shutdown();

没有办法得知被执行的 Runnable 的执行结果。如果有需要的话你得使用一个 Callable(以下将做介绍)。

submit(Runnable)

submit(Runnable) 方法也要求一个 Runnable 实现类，但它返回一个 Future 对象。这个 Future 对象可以用来检查 Runnable 是否已经执行完毕。
以下是 ExecutorService submit() 示例：

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print ?

Future future = executorService.submit(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Asynchronous task");
}
});
future.get(); //returns null if the task has finished correctly.

submit(Callable)

submit(Callable) 方法类似于 submit(Runnable) 方法，除了它所要求的参数类型之外。Callable 实例除了它的 call() 方法能够返回一个结果之外和一个 Runnable 很相像。Runnable.run() 不能够返回一个结果。
Callable 的结果可以通过 submit(Callable) 方法返回的 Future 对象进行获取。以下是一个 ExecutorService Callable 示例：

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print ?

Future future = executorService.submit(new Callable(){
public Object call() throws Exception {
System.out.println("Asynchronous Callable");
return "Callable Result";
}
});
System.out.println("future.get() = " + future.get());

以上代码输出：
Asynchronous Callable
future.get() = Callable Result

invokeAny()

invokeAny() 方法要求一系列的 Callable 或者其子接口的实例对象。调用这个方法并不会返回一个 Future，但它返回其中一个 Callable 对象的结果。无法保证返回的是哪个 Callable 的结果 - 只能表明其中一个已执行结束。
如果其中一个任务执行结束(或者抛了一个异常)，其他 Callable 将被取消。
以下是示例代码：

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print ?

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();
callables.add(new Callable<String>() {
public String call() throws Exception {
return "Task 1";
}
});
callables.add(new Callable<String>() {
public String call() throws Exception {
return "Task 2";
}
});
callables.add(new Callable<String>() {
public String call() throws Exception {
return "Task 3";
}
});
String result = executorService.invokeAny(callables);
System.out.println("result = " + result);
executorService.shutdown();

上述代码将会打印出给定 Callable 集合中的一个的执行结果。我自己试着执行了它几次，结果始终在变。有时是 "Task 1"，有时是 "Task 2" 等等。

invokeAll()

invokeAll() 方法将调用你在集合中传给 ExecutorService 的所有 Callable 对象。invokeAll() 返回一系列的 Future 对象，通过它们你可以获取每个 Callable 的执行结果。
记住，一个任务可能会由于一个异常而结束，因此它可能没有 "成功"。无法通过一个 Future 对象来告知我们是两种结束中的哪一种。
以下是一个代码示例：

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print ?

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();
callables.add(new Callable<String>() {
public String call() throws Exception {
return "Task 1";
}
});
callables.add(new Callable<String>() {
public String call() throws Exception {
return "Task 2";
}
});
callables.add(new Callable<String>() {
public String call() throws Exception {
return "Task 3";
}
});
List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(callables);
for(Future<String> future : futures){
System.out.println("future.get = " + future.get());
}
executorService.shutdown();

ExecutorService 关闭

使用完 ExecutorService 之后你应该将其关闭，以使其中的线程不再运行。
比如，如果你的应用是通过一个 main() 方法启动的，之后 main 方法退出了你的应用，如果你的应用有一个活动的 ExexutorService 它将还会保持运行。ExecutorService 里的活动线程阻止了 JVM 的关闭。
要终止 ExecutorService 里的线程你需要调用 ExecutorService 的 shutdown() 方法。ExecutorService 并不会立即关闭，但它将不再接受新的任务，而且一旦所有线程都完成了当前任务的时候，ExecutorService 将会关闭。在 shutdown() 被调用之前所有提交给 ExecutorService 的任务都被执行。

如果你想要立即关闭 ExecutorService，你可以调用 shutdownNow() 方法。这样会立即尝试停止所有执行中的任务，并忽略掉那些已提交但尚未开始处理的任务。无法担保执行任务的正确执行。可能它们被停止了，也可能已经执行结束。

17. 线程池执行者 ThreadPoolExecutor

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 是 ExecutorService 接口的一个实现。ThreadPoolExecutor 使用其内部池中的线程执行给定任务(Callable 或者 Runnable)。
ThreadPoolExecutor 包含的线程池能够包含不同数量的线程。池中线程的数量由以下变量决定：

corePoolSize
maximumPoolSize

当一个任务委托给线程池时，如果池中线程数量低于 corePoolSize，一个新的线程将被创建，即使池中可能尚有空闲线程。
如果内部任务队列已满，而且有至少 corePoolSize 正在运行，但是运行线程的数量低于 maximumPoolSize，一个新的线程将被创建去执行该任务。
ThreadPoolExecutor 图解：

一个 ThreadPoolExecutor

创建一个 ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 有若干个可用构造子。比如：

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print ?

int corePoolSize = 5;
int maxPoolSize = 10;
long keepAliveTime = 5000;
ExecutorService threadPoolExecutor =
new ThreadPoolExecutor(
corePoolSize,
maxPoolSize,
keepAliveTime,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()
);

但是，除非你确实需要显式为 ThreadPoolExecutor 定义所有参数，使用 java.util.concurrent.Executors 类中的工厂方法之一会更加方便，正如 ExecutorService 小节所述。

18. 定时执行者服务 ScheduledExecutorService

java.util.concurrent.ScheduledExecutorService 是一个 ExecutorService，它能够将任务延后执行，或者间隔固定时间多次执行。任务由一个工作者线程异步执行，而不是由提交任务给 ScheduledExecutorService 的那个线程执行。

ScheduledExecutorService 例子

以下是一个简单的 ScheduledExecutorService 示例：

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print ?

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
Executors.newScheduledThreadPool(5);
ScheduledFuture scheduledFuture =
scheduledExecutorService.schedule(new Callable() {
public Object call() throws Exception {
System.out.println("Executed!");
return "Called!";
}
},
5,
TimeUnit.SECONDS);

首先一个内置 5 个线程的 ScheduledExecutorService 被创建。之后一个 Callable 接口的匿名类示例被创建然后传递给 schedule() 方法。后边的俩参数定义了 Callable 将在 5 秒钟之后被执行。

ScheduledExecutorService 实现

既然 ScheduledExecutorService 是一个接口，你要用它的话就得使用 java.util.concurrent 包里对它的某个实现类。ScheduledExecutorService 具有以下实现类：

ScheduledThreadPoolExecutor

创建一个 ScheduledExecutorService

如何创建一个 ScheduledExecutorService 取决于你采用的它的实现类。但是你也可以使用 Executors 工厂类来创建一个 ScheduledExecutorService 实例。比如：

[java] view plain copy

print ?

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
Executors.newScheduledThreadPool(5);

ScheduledExecutorService 使用

一旦你创建了一个 ScheduledExecutorService，你可以通过调用它的以下方法：

schedule (Callable task, long delay, TimeUnit timeunit)
schedule (Runnable task, long delay, TimeUnit timeunit)
scheduleAtFixedRate (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)
scheduleWithFixedDelay (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)

下面我们就简单看一下这些方法。

schedule (Callable task, long delay, TimeUnit timeunit)

这个方法计划指定的 Callable 在给定的延迟之后执行。
这个方法返回一个 ScheduledFuture，通过它你可以在它被执行之前对它进行取消，或者在它执行之后获取结果。
以下是一个示例：

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print ?

ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
Executors.newScheduledThreadPool(5);
ScheduledFuture scheduledFuture =
scheduledExecutorService.schedule(new Callable() {
public Object call() throws Exception {
System.out.println("Executed!");
return "Called!";
}
},
5,
TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("result = " + scheduledFuture.get());
scheduledExecutorService.shutdown();

示例输出结果：
Executed!
result = Called!

schedule (Runnable task, long delay, TimeUnit timeunit)

除了 Runnable 无法返回一个结果之外，这一方法工作起来就像以一个 Callable 作为一个参数的那个版本的方法一样，因此 ScheduledFuture.get() 在任务执行结束之后返回 null。

scheduleAtFixedRate (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)

这一方法规划一个任务将被定期执行。该任务将会在首个 initialDelay 之后得到执行，然后每个 period 时间之后重复执行。
如果给定任务的执行抛出了异常，该任务将不再执行。如果没有任何异常的话，这个任务将会持续循环执行到 ScheduledExecutorService 被关闭。
如果一个任务占用了比计划的时间间隔更长的时候，下一次执行将在当前执行结束执行才开始。计划任务在同一时间不会有多个线程同时执行。

scheduleWithFixedDelay (Runnable, long initialDelay, long period, TimeUnit timeunit)

除了 period 有不同的解释之外这个方法和 scheduleAtFixedRate() 非常像。
scheduleAtFixedRate() 方法中，period 被解释为前一个执行的开始和下一个执行的开始之间的间隔时间。
而在本方法中，period 则被解释为前一个执行的结束和下一个执行的结束之间的间隔。因此这个延迟是执行结束之间的间隔，而不是执行开始之间的间隔。

ScheduledExecutorService 关闭

正如 ExecutorService，在你使用结束之后你需要把 ScheduledExecutorService 关闭掉。否则他将导致 JVM 继续运行，即使所有其他线程已经全被关闭。

你可以使用从 ExecutorService 接口继承来的 shutdown() 或 shutdownNow() 方法将 ScheduledExecutorService 关闭。参见 ExecutorService 关闭部分以获取更多信息。

19. 使用 ForkJoinPool 进行分叉和合并

ForkJoinPool 在 Java 7 中被引入。它和 ExecutorService 很相似，除了一点不同。ForkJoinPool 让我们可以很方便地把任务分裂成几个更小的任务，这些分裂出来的任务也将会提交给 ForkJoinPool。任务可以继续分割成更小的子任务，只要它还能分割。可能听起来有些抽象，因此本节中我们将会解释 ForkJoinPool 是如何工作的，还有任务分割是如何进行的。

分叉和合并解释

在我们开始看 ForkJoinPool 之前我们先来简要解释一下分叉和合并的原理。
分叉和合并原理包含两个递归进行的步骤。两个步骤分别是分叉步骤和合并步骤。

分叉

一个使用了分叉和合并原理的任务可以将自己分叉(分割)为更小的子任务，这些子任务可以被并发执行。如下图所示：

通过把自己分割成多个子任务，每个子任务可以由不同的 CPU 并行执行，或者被同一个 CPU 上的不同线程执行。
只有当给的任务过大，把它分割成几个子任务才有意义。把任务分割成子任务有一定开销，因此对于小型任务，这个分割的消耗可能比每个子任务并发执行的消耗还要大。
什么时候把一个任务分割成子任务是有意义的，这个界限也称作一个阀值。这要看每个任务对有意义阀值的决定。很大程度上取决于它要做的工作的种类。

合并

当一个任务将自己分割成若干子任务之后，该任务将进入等待所有子任务的结束之中。
一旦子任务执行结束，该任务可以把所有结果合并到同一个结果。图示如下：
java-fork-and-join-2
当然，并非所有类型的任务都会返回一个结果。如果这个任务并不返回一个结果，它只需等待所有子任务执行完毕。也就不需要结果的合并啦。

ForkJoinPool

ForkJoinPool 是一个特殊的线程池，它的设计是为了更好的配合分叉-和-合并任务分割的工作。ForkJoinPool 也在 java.util.concurrent 包中，其完整类名为 java.util.concurrent.ForkJoinPool。

创建一个 ForkJoinPool

你可以通过其构造子创建一个 ForkJoinPool。作为传递给 ForkJoinPool 构造子的一个参数，你可以定义你期望的并行级别。并行级别表示你想要传递给 ForkJoinPool 的任务所需的线程或 CPU 数量。以下是一个 ForkJoinPool 示例：

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print ?

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(4);

这个示例创建了一个并行级别为 4 的 ForkJoinPool。

提交任务到 ForkJoinPool

就像提交任务到 ExecutorService 那样，把任务提交到 ForkJoinPool。你可以提交两种类型的任务。一种是没有任何返回值的(一个 "行动")，另一种是有返回值的(一个"任务")。这两种类型分别由 RecursiveAction 和 RecursiveTask 表示。接下来介绍如何使用这两种类型的任务，以及如何对它们进行提交。

RecursiveAction

RecursiveAction 是一种没有任何返回值的任务。它只是做一些工作，比如写数据到磁盘，然后就退出了。
一个 RecursiveAction 可以把自己的工作分割成更小的几块，这样它们可以由独立的线程或者 CPU 执行。
你可以通过继承来实现一个 RecursiveAction。示例如下：

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print ?

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.RecursiveAction;
public class MyRecursiveAction extends RecursiveAction {
private long workLoad = 0;
public MyRecursiveAction(long workLoad) {
this.workLoad = workLoad;
}
@Override
protected void compute() {
//if work is above threshold, break tasks up into smaller tasks
if(this.workLoad > 16) {
System.out.println("Splitting workLoad : " + this.workLoad);
List<MyRecursiveAction> subtasks =
new ArrayList<MyRecursiveAction>();
subtasks.addAll(createSubtasks());
for(RecursiveAction subtask : subtasks){
subtask.fork();
}
} else {
System.out.println("Doing workLoad myself: " + this.workLoad);
}
}
private List<MyRecursiveAction> createSubtasks() {
List<MyRecursiveAction> subtasks =
new ArrayList<MyRecursiveAction>();
MyRecursiveAction subtask1 = new MyRecursiveAction(this.workLoad / 2);
MyRecursiveAction subtask2 = new MyRecursiveAction(this.workLoad / 2);
subtasks.add(subtask1);
subtasks.add(subtask2);
return subtasks;
}
}

例子很简单。MyRecursiveAction 将一个虚构的 workLoad 作为参数传给自己的构造子。如果 workLoad 高于一个特定阀值，该工作将被分割为几个子工作，子工作继续分割。如果 workLoad 低于特定阀值，该工作将由 MyRecursiveAction 自己执行。
你可以这样规划一个 MyRecursiveAction 的执行：

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print ?

MyRecursiveAction myRecursiveAction = new MyRecursiveAction(24);
forkJoinPool.invoke(myRecursiveAction);

RecursiveTask

RecursiveTask 是一种会返回结果的任务。它可以将自己的工作分割为若干更小任务，并将这些子任务的执行结果合并到一个集体结果。可以有几个水平的分割和合并。以下是一个 RecursiveTask 示例：

[java] view plain copy

print ?

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
public class MyRecursiveTask extends RecursiveTask<Long> {
private long workLoad = 0;
public MyRecursiveTask(long workLoad) {
this.workLoad = workLoad;
}
protected Long compute() {
//if work is above threshold, break tasks up into smaller tasks
if(this.workLoad > 16) {
System.out.println("Splitting workLoad : " + this.workLoad);
List<MyRecursiveTask> subtasks =
new ArrayList<MyRecursiveTask>();
subtasks.addAll(createSubtasks());
for(MyRecursiveTask subtask : subtasks){
subtask.fork();
}
long result = 0;
for(MyRecursiveTask subtask : subtasks) {
result += subtask.join();
}
return result;
} else {
System.out.println("Doing workLoad myself: " + this.workLoad);
return workLoad * 3;
}
}
private List<MyRecursiveTask> createSubtasks() {
List<MyRecursiveTask> subtasks =
new ArrayList<MyRecursiveTask>();
MyRecursiveTask subtask1 = new MyRecursiveTask(this.workLoad / 2);
MyRecursiveTask subtask2 = new MyRecursiveTask(this.workLoad / 2);
subtasks.add(subtask1);
subtasks.add(subtask2);
return subtasks;
}
}

除了有一个结果返回之外，这个示例和 RecursiveAction 的例子很像。MyRecursiveTask 类继承自 RecursiveTask<Long>，这也就意味着它将返回一个 Long 类型的结果。
MyRecursiveTask 示例也会将工作分割为子任务，并通过 fork() 方法对这些子任务计划执行。
此外，本示例还通过调用每个子任务的 join() 方法收集它们返回的结果。子任务的结果随后被合并到一个更大的结果，并最终将其返回。对于不同级别的递归，这种子任务的结果合并可能会发生递归。
你可以这样规划一个 RecursiveTask：

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print ?

MyRecursiveTask myRecursiveTask = new MyRecursiveTask(128);
long mergedResult = forkJoinPool.invoke(myRecursiveTask);
System.out.println("mergedResult = " + mergedResult);

注意是如何通过 ForkJoinPool.invoke() 方法的调用来获取最终执行结果的。

ForkJoinPool 评论

貌似并非每个人都对 Java 7 里的 ForkJoinPool 满意：《一个 Java 分叉-合并带来的灾祸》。

在你计划在自己的项目里使用 ForkJoinPool 之前最好读一下该篇文章。

20. 锁 Lock

java.util.concurrent.locks.Lock 是一个类似于 synchronized 块的线程同步机制。但是 Lock 比 synchronized 块更加灵活、精细。
顺便说一下，在我的《Java 并发指南》中我对如何实现你自己的锁进行了描述。

Java Lock 例子

既然 Lock 是一个接口，在你的程序里需要使用它的实现类之一来使用它。以下是一个简单示例：

[java] view plain copy

print ?

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
//critical section
lock.unlock();

首先创建了一个 Lock 对象。之后调用了它的 lock() 方法。这时候这个 lock 实例就被锁住啦。任何其他再过来调用 lock() 方法的线程将会被阻塞住，直到锁定 lock 实例的线程调用了 unlock() 方法。最后 unlock() 被调用了，lock 对象解锁了，其他线程可以对它进行锁定了。

Java Lock 实现

java.util.concurrent.locks 包提供了以下对 Lock 接口的实现类：

ReentrantLock

Lock 和 synchronized 代码块的主要不同点

一个 Lock 对象和一个 synchronized 代码块之间的主要不同点是：

synchronized 代码块不能够保证进入访问等待的线程的先后顺序。
你不能够传递任何参数给一个 synchronized 代码块的入口。因此，对于 synchronized 代码块的访问等待设置超时时间是不可能的事情。
synchronized 块必须被完整地包含在单个方法里。而一个 Lock 对象可以把它的 lock() 和 unlock() 方法的调用放在不同的方法里。

Lock 的方法

Lock 接口具有以下主要方法：

lock()
lockInterruptibly()
tryLock()
tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit)
unlock()

lock() 将 Lock 实例锁定。如果该 Lock 实例已被锁定，调用 lock() 方法的线程将会阻塞，直到 Lock 实例解锁。
lockInterruptibly() 方法将会被调用线程锁定，除非该线程被打断。此外，如果一个线程在通过这个方法来锁定 Lock 对象时进入阻塞等待，而它被打断了的话，该线程将会退出这个方法调用。
tryLock() 方法试图立即锁定 Lock 实例。如果锁定成功，它将返回 true，如果 Lock 实例已被锁定该方法返回 false。这一方法永不阻塞。
tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit) 的工作类似于 tryLock() 方法，除了它在放弃锁定 Lock 之前等待一个给定的超时时间之外。

unlock() 方法对 Lock 实例解锁。一个 Lock 实现将只允许锁定了该对象的线程来调用此方法。其他(没有锁定该 Lock 对象的线程)线程对 unlock() 方法的调用将会抛一个未检查异常(RuntimeException)。

21. 读写锁 ReadWriteLock

java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock 读写锁是一种先进的线程锁机制。它能够允许多个线程在同一时间对某特定资源进行读取，但同一时间内只能有一个线程对其进行写入。
读写锁的理念在于多个线程能够对一个共享资源进行读取，而不会导致并发问题。并发问题的发生场景在于对一个共享资源的读和写操作的同时进行，或者多个写操作并发进行。
本节只讨论 Java 内置 ReadWriteLock。如果你想了解 ReadWriteLock 背后的实现原理，请参考我的《Java 并发指南》主题中的《读写锁》小节。

ReadWriteLock 锁规则

一个线程在对受保护资源在读或者写之前对 ReadWriteLock 锁定的规则如下：

读锁：如果没有任何写操作线程锁定 ReadWriteLock，并且没有任何写操作线程要求一个写锁(但还没有获得该锁)。因此，可以有多个读操作线程对该锁进行锁定。
写锁：如果没有任何读操作或者写操作。因此，在写操作的时候，只能有一个线程对该锁进行锁定。

ReadWriteLock 实现

ReadWriteLock 是个接口，如果你想用它的话就得去使用它的实现类之一。java.util.concurrent.locks 包提供了 ReadWriteLock 接口的以下实现类：

ReentrantReadWriteLock

ReadWriteLock 代码示例

以下是 ReadWriteLock 的创建以及如何使用它进行读、写锁定的简单示例代码：

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print ?

ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
readWriteLock.readLock().lock();
// multiple readers can enter this section
// if not locked for writing, and not writers waiting
// to lock for writing.
readWriteLock.readLock().unlock();
readWriteLock.writeLock().lock();
// only one writer can enter this section,
// and only if no threads are currently reading.
readWriteLock.writeLock().unlock();

注意如何使用 ReadWriteLock 对两种锁实例的持有。一个对读访问进行保护，一个队写访问进行保护。

22. 原子性布尔 AtomicBoolean

AtomicBoolean 类为我们提供了一个可以用原子方式进行读和写的布尔值，它还拥有一些先进的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicBoolean 类位于 java.util.concurrent.atomic 包，完整类名是为 java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean。本小节描述的 AtomicBoolean 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。
AtomicBoolean 背后的设计理念在我的《Java 并发指南》主题的《比较和交换》小节有解释。

创建一个 AtomicBoolean

你可以这样创建一个 AtomicBoolean：

[java] view plain copy

print ?

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean();

以上示例新建了一个默认值为 false 的 AtomicBoolean。
如果你想要为 AtomicBoolean 实例设置一个显式的初始值，那么你可以将初始值传给 AtomicBoolean 的构造子：

[java] view plain copy

print ?

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);

获取 AtomicBoolean 的值

你可以通过使用 get() 方法来获取一个 AtomicBoolean 的值。示例如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);
boolean value = atomicBoolean.get();

以上代码执行后 value 变量的值将为 true。

设置 AtomicBoolean 的值

你可以通过使用 set() 方法来设置一个 AtomicBoolean 的值。示例如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);
atomicBoolean.set(false);

以上代码执行后 AtomicBoolean 的值为 false。

交换 AtomicBoolean 的值

你可以通过 getAndSet() 方法来交换一个 AtomicBoolean 实例的值。getAndSet() 方法将返回 AtomicBoolean 当前的值，并将为 AtomicBoolean 设置一个新值。示例如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);
boolean oldValue = atomicBoolean.getAndSet(false);

以上代码执行后 oldValue 变量的值为 true，atomicBoolean 实例将持有 false 值。代码成功将 AtomicBoolean 当前值 ture 交换为 false。

比较并设置 AtomicBoolean 的值

compareAndSet() 方法允许你对 AtomicBoolean 的当前值与一个期望值进行比较，如果当前值等于期望值的话，将会对 AtomicBoolean 设定一个新值。compareAndSet() 方法是原子性的，因此在同一时间之内有单个线程执行它。因此 compareAndSet() 方法可被用于一些类似于锁的同步的简单实现。
以下是一个 compareAndSet() 示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(true);
boolean expectedValue = true;
boolean newValue = false;
boolean wasNewValueSet = atomicBoolean.compareAndSet(
expectedValue, newValue);

本示例对 AtomicBoolean 的当前值与 true 值进行比较，如果相等，将 AtomicBoolean 的值更新为 false。

23. 原子性整型 AtomicInteger

AtomicInteger 类为我们提供了一个可以进行原子性读和写操作的 int 变量，它还包含一系列先进的原子性操作，比如 compareAndSet()。AtomicInteger 类位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整类名为 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger。本小节描述的 AtomicInteger 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。
AtomicInteger 背后的设计理念在我的《Java 并发指南》主题的《比较和交换》小节有解释。

创建一个 AtomicInteger

创建一个 AtomicInteger 示例如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

本示例将创建一个初始值为 0 的 AtomicInteger。
如果你想要创建一个给定初始值的 AtomicInteger，你可以这样：

[java] view plain copy

print ?

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123);

本示例将 123 作为参数传给 AtomicInteger 的构造子，它将设置 AtomicInteger 实例的初始值为 123。

获取 AtomicInteger 的值

你可以使用 get() 方法获取 AtomicInteger 实例的值。示例如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123);
int theValue = atomicInteger.get();

设置 AtomicInteger 的值

你可以通过 set() 方法对 AtomicInteger 的值进行重新设置。以下是 AtomicInteger.set() 示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123);
atomicInteger.set(234);

以上示例创建了一个初始值为 123 的 AtomicInteger，而在第二行将其值更新为 234。

比较并设置 AtomicInteger 的值

AtomicInteger 类也通过了一个原子性的 compareAndSet() 方法。这一方法将 AtomicInteger 实例的当前值与期望值进行比较，如果二者相等，为 AtomicInteger 实例设置一个新值。AtomicInteger.compareAndSet() 代码示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(123);
int expectedValue = 123;
int newValue = 234;
atomicInteger.compareAndSet(expectedValue, newValue);

本示例首先新建一个初始值为 123 的 AtomicInteger 实例。然后将 AtomicInteger 与期望值 123 进行比较，如果相等，将 AtomicInteger 的值更新为 234。

增加 AtomicInteger 值

AtomicInteger 类包含有一些方法，通过它们你可以增加 AtomicInteger 的值，并获取其值。这些方法如下：

addAndGet()
getAndAdd()
getAndIncrement()
incrementAndGet()

第一个 addAndGet() 方法给 AtomicInteger 增加了一个值，然后返回增加后的值。getAndAdd() 方法为 AtomicInteger 增加了一个值，但返回的是增加以前的 AtomicInteger 的值。具体使用哪一个取决于你的应用场景。以下是这两种方法的示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
System.out.println(atomicInteger.getAndAdd(10));
System.out.println(atomicInteger.addAndGet(10));

本示例将打印出 0 和 20。例子中，第二行拿到的是加 10 之前的 AtomicInteger 的值。加 10 之前的值是 0。第三行将 AtomicInteger 的值再加 10，并返回加操作之后的值。该值现在是为 20。
你当然也可以使用这俩方法为 AtomicInteger 添加负值。结果实际是一个减法操作。
getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 方法类似于 getAndAdd() 和 addAndGet()，但每次只将 AtomicInteger 的值加 1。

减小 AtomicInteger 的值

AtomicInteger 类还提供了一些减小 AtomicInteger 的值的原子性方法。这些方法是：

decrementAndGet()
getAndDecrement()

decrementAndGet() 将 AtomicInteger 的值减一，并返回减一后的值。getAndDecrement() 也将 AtomicInteger 的值减一，但它返回的是减一之前的值。

24. 原子性长整型 AtomicLong

AtomicLong 类为我们提供了一个可以进行原子性读和写操作的 long 变量，它还包含一系列先进的原子性操作，比如 compareAndSet()AtomicLong 类位于 java.util.concurrent.atomic 包，因此其完整类名为 java.util.concurrent.atomic.AtomicLong。本小节描述的 AtomicLong 是 Java 8 版本里的，而不是它第一次被引入的 Java 5 版本。
AtomicLong 背后的设计理念在我的《Java 并发指南》主题的《比较和交换》小节有解释。

创建一个 AtomicLong

创建一个 AtomicLong 如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();

将创建一个初始值为 0 的 AtomicLong。
如果你想创建一个指定初始值的 AtomicLong，可以：

[java] view plain copy

print ?

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123);

本示例将 123 作为参数传递给 AtomicLong 的构造子，后者将 AtomicLong 实例的初始值设置为 123。

获取 AtomicLong 的值

你可以通过 get() 方法获取 AtomicLong 的值。AtomicLong.get() 示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123);
long theValue = atomicLong.get();

设置 AtomicLong 的值

你可以通过 set() 方法设置 AtomicLong 实例的值。一个 AtomicLong.set() 的示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123);
atomicLong.set(234);

本示例新建了一个初始值为 123 的 AtomicLong，第二行将其值设置为 234。

比较并设置 AtomicLong 的值

AtomicLong 类也有一个原子性的 compareAndSet() 方法。这一方法将 AtomicLong 实例的当前值与一个期望值进行比较，如果两种相等，为 AtomicLong 实例设置一个新值。AtomicLong.compareAndSet() 使用示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(123);
long expectedValue = 123;
long newValue = 234;
atomicLong.compareAndSet(expectedValue, newValue);

本示例新建了一个初始值为 123 的 AtomicLong。然后将 AtomicLong 的当前值与期望值 123 进行比较，如果相等的话，AtomicLong 的新值将变为 234。

增加 AtomicLong 值

AtomicLong 具备一些能够增加 AtomicLong 的值并返回自身值的方法。这些方法如下：

addAndGet()
getAndAdd()
getAndIncrement()
incrementAndGet()

第一个方法 addAndGet() 将 AtomicLong 的值加一个数字，并返回增加后的值。第二个方法 getAndAdd() 也将 AtomicLong 的值加一个数字，但返回的是增加前的 AtomicLong 的值。具体使用哪一个取决于你自己的场景。示例如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();
System.out.println(atomicLong.getAndAdd(10));
System.out.println(atomicLong.addAndGet(10));

本示例将打印出 0 和 20。例子中，第二行拿到的是加 10 之前的 AtomicLong 的值。加 10 之前的值是 0。第三行将 AtomicLong 的值再加 10，并返回加操作之后的值。该值现在是为 20。
你当然也可以使用这俩方法为 AtomicLong 添加负值。结果实际是一个减法操作。
getAndIncrement() 和 incrementAndGet() 方法类似于 getAndAdd() 和 addAndGet()，但每次只将 AtomicLong 的值加 1。

减小 AtomicLong 的值

AtomicLong 类还提供了一些减小 AtomicLong 的值的原子性方法。这些方法是：

decrementAndGet()
getAndDecrement()

decrementAndGet() 将 AtomicLong 的值减一，并返回减一后的值。getAndDecrement() 也将 AtomicLong 的值减一，但它返回的是减一之前的值。

25. 原子性引用型 AtomicReference

AtomicReference 提供了一个可以被原子性读和写的对象引用变量。原子性的意思是多个想要改变同一个 AtomicReference 的线程不会导致 AtomicReference 处于不一致的状态。AtomicReference 还有一个 compareAndSet() 方法，通过它你可以将当前引用于一个期望值(引用)进行比较，如果相等，在该 AtomicReference 对象内部设置一个新的引用。

创建一个 AtomicReference

创建 AtomicReference 如下：

[java] view plain copy

print ?

AtomicReference atomicReference = new AtomicReference();

如果你需要使用一个指定引用创建 AtomicReference，可以：

[java] view plain copy

print ?

String initialReference = "the initially referenced string";
AtomicReference atomicReference = new AtomicReference(initialReference);

创建泛型 AtomicReference

你可以使用 Java 泛型来创建一个泛型 AtomicReference。示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicReference<String> atomicStringReference =
new AtomicReference<String>();

你也可以为泛型 AtomicReference 设置一个初始值。示例：

[java] view plain copy

print ?

String initialReference = "the initially referenced string";
AtomicReference<String> atomicStringReference =
new AtomicReference<String>(initialReference);

获取 AtomicReference 引用

你可以通过 AtomicReference 的 get() 方法来获取保存在 AtomicReference 里的引用。如果你的 AtomicReference 是非泛型的，get() 方法将返回一个 Object 类型的引用。如果是泛型化的，get() 将返回你创建 AtomicReference 时声明的那个类型。
先来看一个非泛型的 AtomicReference get() 示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicReference atomicReference = new AtomicReference("first value referenced");
String reference = (String) atomicReference.get();

注意如何对 get() 方法返回的引用强制转换为 String。
泛型化的 AtomicReference 示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicReference<String> atomicReference =
new AtomicReference<String>("first value referenced");
String reference = atomicReference.get();

编译器知道了引用的类型，所以我们无需再对 get() 返回的引用进行强制转换了。

设置 AtomicReference 引用

你可以使用 get() 方法对 AtomicReference 里边保存的引用进行设置。如果你定义的是一个非泛型 AtomicReference，set() 将会以一个 Object 引用作为参数。如果是泛型化的 AtomicReference，set() 方法将只接受你定义给的类型。
AtomicReference set() 示例：

[java] view plain copy

print ?

AtomicReference atomicReference =
new AtomicReference();
atomicReference.set("New object referenced");

这个看起来非泛型和泛型化的没啥区别。真正的区别在于编译器将对你能够设置给一个泛型化的 AtomicReference 参数类型进行限制。

比较并设置 AtomicReference 引用

AtomicReference 类具备了一个很有用的方法：compareAndSet()。compareAndSet() 可以将保存在 AtomicReference 里的引用于一个期望引用进行比较，如果两个引用是一样的(并非 equals() 的相等，而是 == 的一样)，将会给 AtomicReference 实例设置一个新的引用。
如果 compareAndSet() 为 AtomicReference 设置了一个新的引用，compareAndSet() 将返回 true。否则 compareAndSet() 返回 false。
AtomicReference compareAndSet() 示例：

[java] view plain copy

print ?

String initialReference = "initial value referenced";
AtomicReference<String> atomicStringReference =
new AtomicReference<String>(initialReference);
String newReference = "new value referenced";
boolean exchanged = atomicStringReference.compareAndSet(initialReference, newReference);
System.out.println("exchanged: " + exchanged);
exchanged = atomicStringReference.compareAndSet(initialReference, newReference);
System.out.println("exchanged: " + exchanged);

本示例创建了一个带有一个初始引用的泛型化的 AtomicReference。之后两次调用 comparesAndSet()来对存储值和期望值进行对比，如果二者一致，为 AtomicReference 设置一个新的引用。第一次比较，存储的引用(initialReference)和期望的引用(initialReference)一致，所以一个新的引用(newReference)被设置给 AtomicReference，compareAndSet() 方法返回 true。第二次比较时，存储的引用(newReference)和期望的引用(initialReference)不一致，因此新的引用没有被设置给 AtomicReference，compareAndSet() 方法返回 false。

posted on 2013-02-17 09:40 duanxz 阅读(1073) 评论(0) 编辑收藏举报

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23. 原子性整型 AtomicInteger

创建一个 AtomicInteger

获取 AtomicInteger 的值

设置 AtomicInteger 的值

比较并设置 AtomicInteger 的值

增加 AtomicInteger 值

减小 AtomicInteger 的值

24. 原子性长整型 AtomicLong

创建一个 AtomicLong

获取 AtomicLong 的值

设置 AtomicLong 的值

比较并设置 AtomicLong 的值