java多线程归类

在 Java 的 JUC（java.util.concurrent） 包中，包含了许多工具类和框架，用于简化多线程编程，解决常见的并发问题。这些工具可以根据功能归类如下：

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1. 锁（Locks）

JUC 提供了灵活的锁机制，用于控制线程之间的同步。

工具类	描述
ReentrantLock	可重入锁，支持公平锁和非公平锁，提供更灵活的锁机制（如可中断、超时等）替代 synchronized。
ReentrantReadWriteLock	读写锁，允许多个线程同时读取，但写线程独占，适用于读多写少的场景。
StampedLock	改进版的读写锁，支持乐观读锁，性能通常比 ReentrantReadWriteLock 更高。
LockSupport	低级线程阻塞和唤醒工具，常用于实现自定义同步工具。

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2. 线程同步工具（Synchronization Tools）

这些工具类用于在线程间协调同步、通信等操作。

工具类	描述
CountDownLatch	倒计时锁存器，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。
CyclicBarrier	循环栅栏，允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达屏障后再继续执行。
Semaphore	信号量，用于限制同时访问某资源的线程数量。
Exchanger	两个线程之间交换数据的同步点。
Phaser	可替代 CyclicBarrier 和 CountDownLatch，支持更复杂的多阶段任务协调。

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3. 并发集合（Concurrent Collections）

线程安全的集合类，提供高效的并发访问，适合多线程环境。

工具类	描述
ConcurrentHashMap	高效的线程安全哈希表，替代 Hashtable，支持并发读写操作。
ConcurrentSkipListMap	支持排序的线程安全 Map，基于跳表实现。
ConcurrentSkipListSet	支持排序的线程安全 Set，基于跳表实现。
CopyOnWriteArrayList	线程安全的 ArrayList，适合读多写少的场景。
CopyOnWriteArraySet	线程安全的 Set，基于 CopyOnWriteArrayList 实现。
LinkedBlockingQueue	基于链表的阻塞队列，支持生产者-消费者模型。
ArrayBlockingQueue	基于数组的阻塞队列，队列容量是固定的。
PriorityBlockingQueue	支持优先级的阻塞队列。
DelayQueue	支持延迟获取元素的阻塞队列。
SynchronousQueue	一个没有容量的阻塞队列，每次插入操作必须等待一个移除操作。
LinkedTransferQueue	高性能的阻塞队列，支持生产者直接将数据传递给消费者。
ConcurrentLinkedQueue	高效的无界非阻塞队列，基于链表实现。
ConcurrentLinkedDeque	高效的双端无界非阻塞队列。

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4. 原子类（Atomic Classes）

提供线程安全的原子操作，支持基本类型和引用类型。

工具类	描述
AtomicInteger	针对 int 类型的原子操作。
AtomicLong	针对 long 类型的原子操作。
AtomicBoolean	针对 boolean 类型的原子操作。
AtomicReference<T>	针对引用类型的原子操作。
AtomicStampedReference<T>	与 AtomicReference 类似，增加了版本号（用于解决 ABA 问题）。
AtomicMarkableReference<T>	与 AtomicReference 类似，增加了标记位（用于记录额外状态）。
LongAdder	高效的计数器，适用于高并发场景，比 AtomicLong 性能更高（使用分段累加）。
DoubleAdder	针对 double 类型的高效计数器，类似 LongAdder。
LongAccumulator	高效的累加器，支持自定义二元操作（如加法、乘法）。
DoubleAccumulator	针对 double 类型的累加器，支持自定义二元操作。

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5. 线程池和任务调度

JUC 提供了线程池和任务调度工具，用于管理线程的生命周期和任务执行。

工具类	描述
Executor	执行任务的顶层接口，定义了任务的执行方式。
ExecutorService	扩展了 Executor，提供管理线程池的方法（如关闭线程池）。
ThreadPoolExecutor	自定义线程池的实现类，允许控制核心线程数、最大线程数、队列类型等。
ScheduledExecutorService	支持定时任务和周期性任务执行的线程池。
ForkJoinPool	用于分治任务（Fork/Join 模型）的线程池，适合大规模并行计算。
Executors	工厂类，用于快速创建常见类型的线程池（如固定线程池、缓存线程池、单线程池）。

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6. 并发工具类（其他）

一些通用的工具类，用于辅助多线程开发。

工具类	描述
Future	表示异步任务的结果，可以通过 get() 方法获取任务结果或阻塞等待任务完成。
CompletableFuture	支持异步编程的工具，提供丰富的异步方法链和回调机制。
FutureTask	可将任务封装成 Future，支持异步任务的执行和取消。
CompletionService	将任务提交和结果获取分离，结合线程池使用，适合处理批量任务。

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7. 线程工具类

JUC 提供了一些工具用于线程管理和操作。

工具类	描述
ThreadLocal	线程局部变量，每个线程都有独立的副本，适合存储线程独有的数据。
ThreadFactory	用于创建线程的工厂类，允许自定义线程的创建逻辑（如设置线程名称、优先级）。

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总结

JUC 工具根据功能可以大致分为以下几类：

1. 锁（如 ReentrantLock、StampedLock）。
2. 线程同步工具（如 CountDownLatch、Semaphore）。
3. 并发集合（如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList）。
4. 原子类（如 AtomicInteger、LongAdder）。
5. 线程池和任务调度（如 ThreadPoolExecutor、ForkJoinPool）。
6. 线程工具类（如 ThreadLocal、ThreadFactory）。
7. 异步任务工具（如 Future、CompletableFuture）。

这些工具为开发者提供了强大的多线程编程能力，同时大大简化了并发问题的处理。

下面对 JUC 工具中常用的参数和 API 进行归类，帮助更好地理解和使用这些工具。

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1. 锁（Locks）

1.1 ReentrantLock

常用参数：

• fair：是否为公平锁（默认是非公平锁）。
  • 公平锁：线程按请求锁的顺序获取锁。
  • 非公平锁：线程可能会"插队"，性能更高。

常用 API：

• lock()：获取锁，如果锁已经被占用，则等待。
• tryLock()：尝试获取锁，如果锁未被占用则立即返回 true，否则返回 false。
• tryLock(long timeout, TimeUnit unit)：尝试在指定时间内获取锁，超时返回 false。
• lockInterruptibly()：支持线程中断的方式获取锁。
• unlock()：释放锁。
• isLocked()：判断锁是否被占用。

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1.2 ReentrantReadWriteLock

常用 API：

• 获取读锁：
  • readLock().lock()：获取读锁。
  • readLock().unlock()：释放读锁。
• 获取写锁：
  • writeLock().lock()：获取写锁。
  • writeLock().unlock()：释放写锁。
• 其他：
  • isWriteLocked()：是否有线程持有写锁。
  • getReadLockCount()：当前读锁的持有线程数。

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1.3 StampedLock

常用 API：

• 乐观读锁：
  • long stamp = tryOptimisticRead()：尝试获取乐观读锁。
  • validate(stamp)：验证乐观读锁是否有效。
• 悲观读锁：
  • long stamp = readLock()：获取悲观读锁。
  • unlockRead(stamp)：释放悲观读锁。
• 写锁：
  • long stamp = writeLock()：获取写锁。
  • unlockWrite(stamp)：释放写锁。

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2. 线程同步工具（Synchronization Tools）

2.1 CountDownLatch

常用参数：

• count：初始计数值，表示需要等待的线程数量。

常用 API：

• await()：阻塞当前线程，直到计数器归零。
• countDown()：将计数器减 1。
• getCount()：获取当前计数器的值。

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2.2 CyclicBarrier

常用参数：

• parties：线程数量，所有线程到达屏障后才会继续执行。
• Runnable barrierAction（可选）：所有线程到达屏障后，执行的任务。

常用 API：

• await()：让线程在屏障处等待，直到所有线程都到达。
• await(long timeout, TimeUnit unit)：带超时时间的 await。
• getParties()：获取需要等待的线程总数。
• getNumberWaiting()：获取当前正在等待的线程数量。

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2.3 Semaphore

常用参数：

• permits：许可的数量，表示最多允许多少线程同时访问资源。
• fair（可选）：是否为公平信号量。

常用 API：

• acquire()：获取一个许可，若无可用许可则阻塞。
• tryAcquire()：尝试获取一个许可，立即返回结果。
• release()：释放一个许可。
• availablePermits()：返回当前可用的许可数量。

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2.4 Exchanger

常用 API：

• exchange(V value)：线程间交换数据，阻塞直到另一个线程也调用 exchange。
• exchange(V value, long timeout, TimeUnit unit)：带超时的交换方法。

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3. 并发集合（Concurrent Collections）

3.1 ConcurrentHashMap

常用参数：

• initialCapacity：初始容量。
• loadFactor：负载因子。
• concurrencyLevel：并发级别，默认是 CPU 核心数。

常用 API：

• putIfAbsent(K key, V value)：如果键不存在则插入。
• compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：计算新值并替换。
• forEach(long parallelismThreshold, BiConsumer<? super K, ? super V> action)：并行遍历。

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3.2 CopyOnWriteArrayList

常用 API：

• add(E e)：添加元素。
• remove(Object o)：删除元素。
• set(int index, E element)：设置指定位置的元素。
• iterator()：返回弱一致性的迭代器。

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3.3 阻塞队列（以 LinkedBlockingQueue 为例）

常用 API：

• put(E e)：添加元素，若队列满则阻塞。
• take()：获取并移除队头元素，若队列为空则阻塞。
• offer(E e)：尝试添加元素，非阻塞。
• poll(long timeout, TimeUnit unit)：尝试在超时时间内获取元素。

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4. 原子类（Atomic Classes）

4.1 AtomicInteger

常用 API：

• get()：获取当前值。
• set(int newValue)：设置新值。
• incrementAndGet()：自增 1 并返回新值。
• addAndGet(int delta)：增加指定值并返回结果。
• compareAndSet(int expect, int update)：CAS 操作，原子更新值。

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4.2 LongAdder

常用 API：

• add(long x)：增加指定值。
• sum()：获取累加的总和。
• reset()：重置计数器为 0。

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5. 线程池和任务调度

5.1 ThreadPoolExecutor

常用参数：

• corePoolSize：核心线程数。
• maximumPoolSize：最大线程数。
• keepAliveTime：非核心线程空闲存活时间。
• workQueue：任务队列，用于存放待执行任务。
• threadFactory：线程工厂，用于创建线程。
• handler：拒绝策略，当任务无法处理时的策略。

常用 API：

• execute(Runnable command)：执行任务。
• submit(Callable<T> task)：提交任务，返回 Future。
• shutdown()：关闭线程池，等待已提交任务完成。
• shutdownNow()：立即关闭线程池，尝试中断正在执行的任务。

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5.2 ScheduledExecutorService

常用 API：

• schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)：延迟执行任务。
• scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)：固定频率执行任务。
• scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)：固定延迟执行任务。

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6. 异步任务工具

6.1 CompletableFuture

常用 API：

• supplyAsync(Supplier<U> supplier)：异步执行任务，返回结果。
• thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)：对任务结果进行转换。
• thenAccept(Consumer<? super T> action)：对任务结果执行消费操作。
• exceptionally(Function<Throwable,? extends T> fn)：处理异常情况。
• join()：阻塞并获取结果。

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总结

以上是 JUC 工具中常用的参数和 API，按功能划分包括 锁、线程同步工具、并发集合、原子类、线程池和任务调度 以及 异步任务工具。这些工具为多线程编程带来了极大的便利，开发者可以根据具体需求灵活选择合适的工具。

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搭配使用，提供了一种更灵活的线程通信方式，类似于传统的 wait() 和 notify() 方法，但功能更强大。

Condition 允许线程等待某些条件满足时再继续执行，同时支持精准的线程调度和多条件等待。

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1. Condition 的主要 API 概述

方法	描述
void await()	将当前线程放入等待队列，并释放锁，直到被其他线程 signal 或 signalAll 唤醒。
void awaitUninterruptibly()	类似 await()，但不会响应中断。
long awaitNanos(long nanosTimeout)	在指定时间内等待条件，超时返回剩余时间，或被唤醒。
boolean awaitUntil(Date deadline)	等待条件，直到指定时间到期或被唤醒。
void signal()	唤醒一个等待该条件的线程。
void signalAll()	唤醒所有等待该条件的线程。

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2. Condition 的使用步骤

1. 获取锁对象
   Condition 是通过 Lock（通常是 ReentrantLock）创建的，因此需要先获取锁。

2. 创建 Condition 对象
   使用 Lock 的 newCondition() 方法创建一个 Condition 对象。

3. 线程等待和唤醒

   • 调用 await() 使线程进入等待状态。
   • 调用 signal() 或 signalAll() 唤醒等待线程。

4. 注意锁的使用

   • 调用 await() 或 signal() 之前，线程必须持有锁。
   • 使用 finally 块确保锁的释放。

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以下是 CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的简洁对比，着重展示功能差异：

特性	CountDownLatch	CyclicBarrier
主要功能	主线程等待其他线程完成任务后继续执行。	线程相互等待，直到所有线程都到达屏障后再继续执行。
是否可重用	不可重用，计数器只能减到 0 一次。	可重用，屏障点被所有线程通过后自动重置。
线程等待方式	主线程调用 await() 等待计数器减为 0。	所有线程调用 await() 等待其他线程到达屏障点。
回调支持	不支持回调。	支持，当所有线程到达屏障时，可执行指定回调任务。
适用场景	一次性任务分发与汇总，主线程等待子线程完成工作。	多线程任务的阶段性同步或分布式任务结果汇总。

总结：

• 用于主线程等待子线程的场景选择 CountDownLatch。
• 用于多线程相互等待、阶段性同步的场景选择 CyclicBarrier。

2. CountDownLatch 的核心方法

方法	描述
CountDownLatch(int count)	构造方法，初始化计数器为指定值 count。
void await()	阻塞当前线程，直到计数器减为 0。
boolean await(long timeout, TimeUnit unit)	带超时的等待方法，超时会返回 false。
void countDown()	将计数器减 1，唤醒等待线程（如果计数器减为 0）。
long getCount()	返回当前计数器的值。

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3. CyclicBarrier 的核心方法

方法	描述
CyclicBarrier(int parties)	构造方法，初始化屏障点，指定需要等待的线程数。
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)	构造方法，带回调功能，当所有线程到达屏障时执行回调任务。
int await()	当前线程到达屏障，进入等待状态，直到所有线程到达屏障点。返回当前线程到达屏障的顺序号。
int await(long timeout, TimeUnit unit)	带超时的 await 方法，超时会抛出 TimeoutException。
int getParties()	返回屏障点需要等待的线程数。
int getNumberWaiting()	返回当前正在屏障点等待的线程数。
boolean isBroken()	返回屏障是否被打破（如线程超时或被中断）。
void reset()	重置屏障，唤醒所有等待线程，并将屏障恢复为初始状态。

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4. 总结对比

工具	特点
CountDownLatch	- 适合主线程等待多个子线程完成任务的场景。
	- 一次性工具，计数器不能重置。
CyclicBarrier	- 适合多线程需要在某个点同步后再继续执行的场景。
	- 可重复使用，屏障点被所有线程通过后会自动重置。
	- 支持回调函数，适合阶段性结果汇总或特殊任务。

todo
补充下synchronized原理