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1、java.util.concurrent 包下的类分类图
- locks部分：显式锁(互斥锁和速写锁)相关；
- atomic部分：原子变量类相关，是构建非阻塞算法的基础；
- executor部分：线程池相关；
- collections部分：并发容器相关；
- tools部分：同步工具相关，如信号量、闭锁、栅栏等功能；
1、1 collections部分:
1、1、1 BlockingQueue
BlockingQueue为接口，如果要是他，需要使用实现他的子类；
BlockingQueue的子类包括'
ArrayBlockingQueue;
DelayQueue;
LinkedBlockingQueue;
SynchronousQueue;
PriorirtyBlockingQueue;
TransferQueue;
BlockingQueue 用法
BlockingQueue 通常用于一个线程生产对象，而另外一个线程消费这些对象的场景。下图是对这个原理的阐述：
一个线程往里边放，另外一个线程从里边取的一个 BlockingQueue。
一个线程将会持续生产新对象并将其插入到队列之中，直到队列达到它所能容纳的临界点。也就是说，它是有限的。如果该阻塞队列到达了其临界点，负责生产的线程将会在往里边插入新对象时发生阻塞。它会一直处于阻塞之中，直到负责消费的线程从队列中拿走一个对象。负责消费的线程将会一直从该阻塞队列中拿出对象。如果消费线程尝试去从一个空的队列中提取对象的话，这个消费线程将会处于阻塞之中，直到一个生产线程把一个对象丢进队列。
BlockingQueue 的方法
BlockingQueue 具有 4 组不同的方法用于插入、移除以及对队列中的元素进行检查。如果请求的操作不能得到立即执行的话，每个方法的表现也不同。这些方法如下：
四组不同的行为方式解释：
抛异常：如果试图的操作无法立即执行，抛一个异常。
特定值：如果试图的操作无法立即执行，返回一个特定的值(常常是 true / false)。
阻塞：如果试图的操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行。
超时：如果试图的操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行，但等待时间不会超过给定值。返回一个特定值以告知该操作是否成功(典型的是 true / false)。
无法向一个 BlockingQueue 中插入 null。如果你试图插入 null，BlockingQueue 将会抛出一个 NullPointerException。
可以访问到 BlockingQueue 中的所有元素，而不仅仅是开始和结束的元素。比如说，你将一个对象放入队列之中以等待处理，但你的应用想要将其取消掉。那么你可以调用诸如 remove(o) 方法来将队列之中的特定对象进行移除。但是这么干效率并不高(译者注：基于队列的数据结构，获取除开始或结束位置的其他对象的效率不会太高)，因此你尽量不要用这一类的方法，除非你确实不得不那么做。
Java 中使用 BlockingQueue 的例子
这里是一个 Java 中使用 BlockingQueue 的示例。本示例使用的是 BlockingQueue 接口的 ArrayBlockingQueue 实现。
首先，BlockingQueueExample 类分别在两个独立的线程中启动了一个 Producer 和 一个 Consumer。
Producer 向一个共享的 BlockingQueue 中注入字符串，而 Consumer 则会从中把它们拿出来。
public class BlockingQueueExample { public static void main(String[] args) throws Exception { BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024); Producer producer = new Producer(queue); Consumer consumer = new Consumer(queue); new Thread(producer).start(); new Thread(consumer).start(); Thread.sleep(4000); } }
以下是 Producer 类。注意它在每次 put() 调用时是如何休眠一秒钟的。这将导致 Consumer 在等待队列中对象的时候发生阻塞。
public class Producer implements Runnable{ protected BlockingQueue queue = null; public Producer(BlockingQueue queue) { this.queue = queue; } public void run() { try { queue.put("1"); //无需考虑安全问题 直接使用 Thread.sleep(1000); queue.put("2"); Thread.sleep(1000); queue.put("3"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
以下是 Consumer 类。它只是把对象从队列中抽取出来，然后将它们打印到 System.out。
public class Consumer implements Runnable{ protected BlockingQueue queue = null; public Consumer(BlockingQueue queue) { this.queue = queue; } public void run() { try { System.out.println(queue.take()); System.out.println(queue.take()); System.out.println(queue.take()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
数组阻塞队列 ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue 类实现了 BlockingQueue 接口。
ArrayBlockingQueue 是一个有界的阻塞队列，其内部实现是将对象放到一个数组里。有界也就意味着，它不能够存储无限多数量的元素。它有一个同一时间能够存储元素数量的上限。
你可以在对其初始化的时候设定这个上限，但之后就无法对这个上限进行修改了(译者注：因为它是基于数组实现的，也就具有数组的特性：一旦初始化，大小就无法修改)。
‘ArrayBlockingQueue 内部以 FIFO(先进先出)的顺序对元素进行存储。队列中的头元素在所有元素之中是放入时间最久的那个，而尾元素则是最短的那个。
ArrayBlockingQueue的使用代码案例见上例代码。
4. 延迟队列 DelayQueue
DelayQueue 实现了 BlockingQueue 接口。DelayQueue 对元素进行持有直到一个特定的延迟到期。注入其中的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed 接口，该接口定义：
public interface Delayed extends Comparable<Delayed< { public long getDelay(TimeUnit timeUnit); //注意此处的TimeUnit的使用 }
DelayQueue 将会在每个元素的 getDelay() 方法返回的值的时间段之后才释放掉该元素。如果返回的是 0 或者负值，延迟将被认为过期，该元素将会在 DelayQueue 的下一次 take 被调用的时候被释放掉。
也就是说通过getDelay返回元素到期时间，只有元素在队列中存在的时间超过该时间后，才可以在延迟队列取出该对象；
传递给 getDelay 方法的 getDelay 实例是一个枚举类型，它表明了将要延迟的时间段。
TimeUnit 枚举将会取以下值：
DAYS
HOURS
MINUTES
SECONDS
MILLISECONDS
MICROSECONDS
NANOSECONDS
正如你所看到的，Delayed 接口也继承了 java.lang.Comparable 接口，这也就意味着 Delayed 对象之间可以进行对比。这个在对 DelayQueue 队列中的元素进行添加时排序，因此它们可以根据过期时间进行有序释放。以下是使用 DelayQueue 的例子：
DelayQueue的两个应用案例：【注意该案例中用到了 concrrent 包下的 tools 下的 countDownLatch 如果对该部分不理解 先看 1.2 部门的 Tools 】
1、2 Tools部分:
CountDownLatch用法
CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。
通俗一点的说 就是 使用CountDownLatch 时 几个线程使用同一个CountDownLatch对象 有一个线程调用wait方法 其他线程使用countDown()方法，当最后计数器减到0的时候，wait调用处 继续往下执行；
CountDownLatch类只提供了一个构造器：
public CountDownLatch(int count) { }; //参数count为计数值
然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：
public void await() throws InterruptedException { }; //调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行 public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行 public void countDown() { }; //将count值减1
下面看使用范例：
public class Test { public static void main(String[] args) { final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2); new Thread(){ public void run() { try { System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行"); Thread.sleep(3000); System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕"); latch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); new Thread(){ public void run() { try { System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行"); Thread.sleep(3000); System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕"); latch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); try { System.out.println("等待2个子线程执行完毕..."); latch.await(); System.out.println("2个子线程已经执行完毕"); System.out.println("继续执行主线程"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
执行结果；
线程Thread-0正在执行 线程Thread-1正在执行 等待2个子线程执行完毕... 线程Thread-0执行完毕 线程Thread-1执行完毕 2个子线程已经执行完毕 继续执行主线程
CyclicBarrier用法
字面意思回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
通俗的讲 就是 使用 CyclicBrarrier 几个线程在执行到需要进行栅栏的地方时 调用 CyclicBrarrier 对象的 wait 方法 然后当所有的对象都执行到栅栏的地方后 统一进行放行 往后执行；
CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { } public CyclicBarrier(int parties) { }
参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；
参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容；其实就是 当所有线程到达栅栏后，如果需要执行在放行前需要执行一个其他操作，可以实现runnable的run方法，此时会调用一个线程执行run方法；
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { }; public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
第一个版本比较常用，用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务；
第二个版本是让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。
下面举几个例子就明白了：
假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：
public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); for(int i=0;i<N;i++) new Writer(barrier).start(); } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); cyclicBarrier.await(); //栅栏的地方 所有线程停留在此处等待其他线程执行到此 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); } } }
测试结果：
线程Thread-0正在写入数据... 线程Thread-3正在写入数据... 线程Thread-2正在写入数据... 线程Thread-1正在写入数据... 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。
当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。
如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：
public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName()); } }); for(int i=0;i<N;i++) new Writer(barrier).start(); } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); } } }
测试结果：
线程Thread-0正在写入数据... 线程Thread-1正在写入数据... 线程Thread-2正在写入数据... 线程Thread-3正在写入数据... 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 当前线程Thread-3 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
当栅栏处的wait方法使用带有设定时间参数的时候，当等待Barrier过程中 超过时间后 就抛出异常并继续执行后面的任务。
案例代码：
public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); for(int i=0;i<N;i++) { if(i<N-1) new Writer(barrier).start(); else { //最后一个线程等待5000毫秒后再执行，使得其他线程会发生超时 抛出异常 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } new Writer(barrier).start(); } } } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); try { cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (TimeoutException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); } } }
线程Thread-0正在写入数据... 线程Thread-2正在写入数据... 线程Thread-1正在写入数据... 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-3正在写入数据... java.util.concurrent.TimeoutException Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) java.util.concurrent.BrokenBarrierException at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) java.util.concurrent.BrokenBarrierException at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务... java.util.concurrent.BrokenBarrierException 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：
public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); for(int i=0;i<N;i++) { new Writer(barrier).start(); } try { Thread.sleep(25000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("CyclicBarrier重用"); for(int i=0;i<N;i++) { new Writer(barrier).start(); } } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); } } }
测试结果：
线程Thread-0正在写入数据... 线程Thread-1正在写入数据... 线程Thread-3正在写入数据... 线程Thread-2正在写入数据... 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务... CyclicBarrier重用 线程Thread-4正在写入数据... 线程Thread-5正在写入数据... 线程Thread-6正在写入数据... 线程Thread-7正在写入数据... 线程Thread-7写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-5写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 Thread-4所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-5所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread-7所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Semaphore用法
Semaphore翻译成字面意思为 信号量，Semaphore可以控同时访问的线程个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。
Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：
public Semaphore(int permits) { //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问 sync = new NonfairSync(permits); } public Semaphore(int permits, boolean fair) { //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可 sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); }
下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
public void acquire() throws InterruptedException { } //获取一个许可 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可 public void release() { } //释放一个许可 public void release(int permits) { } //释放permits个许可
acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。
release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。
这4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法
public boolean tryAcquire() { }; //尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false public boolean tryAcquire(int permits) { }; //尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false
下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用：
假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：【acquire 是阻塞式等待获得执行许可】
public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 8; //工人数 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目 for(int i=0;i<N;i++) new Worker(i,semaphore).start(); } static class Worker extends Thread{ private int num; private Semaphore semaphore; public Worker(int num,Semaphore semaphore){ this.num = num; this.semaphore = semaphore; } @Override public void run() { try { semaphore.acquire(); //如果新线程进入后不能够获得许可 则会阻塞 直到获得许可然后再往下执行
//获得到使用资源的能力 并发执行的线程数 取决于 semaphore 的个数配置 此配置数也就是 可用资源的数目
System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产..."); Thread.sleep(2000); System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器"); semaphore.release(); //释放许可 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
测试结果：
工人0占用一个机器在生产...
工人1占用一个机器在生产...
工人2占用一个机器在生产...
工人4占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人0释放出机器
工人2释放出机器
工人3占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人4释放出机器
工人5释放出机器
工人1释放出机器
工人6占用一个机器在生产...
工人3释放出机器
工人7释放出机器
工人6释放出机器
exchanger 用法
Exchanger是在两个任务之间交换对象的栅栏，当这些任务进入栅栏时，它们各自拥有一个对象。当他们离开时，它们都拥有之前由对象持有的对象。
它典型的应用场景是：一个任务在创建对象，这些对象的生产代价很高昂，而另一个任务在消费这些对象。通过这种方式，可以有更多的对象在被创建的同时被消费。
public class ExchangerTest { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); final Exchanger exchanger = new Exchanger(); executor.execute(new Runnable() { String data1 = "Ling"; @Override public void run() { doExchangeWork(data1, exchanger); } }); executor.execute(new Runnable() { String data2 = "huhx"; @Override public void run() { doExchangeWork(data2, exchanger); } }); executor.shutdown(); //把线程池停掉 释放资源 } private static void doExchangeWork(String data1, Exchanger exchanger) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在把数据 " + data1 + " 交换出去"); Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); String data2 = (String) exchanger.exchange(data1); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "交换数据 到 " + data2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
Tools 总结：
下面对上面说的三个辅助类进行一个总结：
1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：
CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；
而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；
另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
2）Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。
