关于Java高并发编程你需要知道的“升段攻略”(4)

发布于 2021-3-17 09:43
浏览
0收藏

Java中的并发工具类


等待多线程完成的CountDownLatch
CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作

public class CountDownLatchTest {
staticCountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(1);
c.countDown();
System.out.println(2);
c.countDown();
}
}).start();
c.await();
System.out.println("3");
}
}

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器,如果你想等待N个点完成,这里就传入N。当我们调用CountDownLatch的countDown方法时,N就会减1,CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程,直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方,所以这里说的N个点,可以是N个线程,也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时,只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可
注意:计数器必须大于等于0,只是等于0时候,计数器就是零,调用await方法时不会阻塞当前线程;若计数器大于线程数,那么就会一直等待,不会执行await()后的语句。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法happen-before,另外一个线程调用await方法


同步屏障CyclicBarrier


CyclicBarrier的字面意思是可循环使用(Cyclic)的屏障(Barrier)。它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续运行


CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞


CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties,Runnable barrierAction),用于在线程到达屏障时,优先执行barrierAction,方便处理更复杂的业务场景

package java_Multi_thread_programming.module.code46;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(10, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("开始执行:"+System.currentTimeMillis());
            }
        });

        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        cyclicBarrier.await();
                        System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行:"+ System.currentTimeMillis());
                    } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }
    }
}

注意:当传入的线程数大于线程使用的数时,会一直等待,知道使用的线程数等于拦截的线程数


CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

CountDownLatch的计数器只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如,如果计算发生错误,可以重置计数器,并让线程重新执行一次
CountDownLatch的计数器只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如,如果计算发生错误,可以重置计数器,并让线程重新执行一次
CountDownLatch是执行完指定数量的线程后执行await()后的语句(代替join)使用;CyclicBarrier是当要执行的线程数够了才执行每个线程中await()后面的语句
CountDownLatch(需要最后执行的语句前面)主要使用await()方法的位置不同于CyclicBarrier(每个线程)


控制并发线程数的Semaphore
Semaphore(信号量)是用来控制同时访问特定资源的线程数量,它通过协调各个线程,以保证合理的使用公共资源。它比作是控制流量的红绿灯。比如××马路要限制流量,只允许同时有一百辆车在这条路上行使,其他的都必须在路口等待,所以前一百辆车会看到绿灯,可以开进这条马路,后面的车会看到红灯,不能驶入××马路,但是如果前一百辆中有5辆车已经离开了××马路,那么后面就允许有5辆车驶入马路,这个例子里说的车就是线程,驶入马路就表示线程在执行,离开马路就表示线程执行完成,看见红灯就表示线程被阻塞,不能执行

public class SemaphoreTest {
private static final int THREAD_COUNT = 30;
private static ExecutorServicethreadPool = Executors
.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
private static Semaphore s = new Semaphore(10);
public static void main(String[] args) {
for (inti = 0; i< THREAD_COUNT; i++) {
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
s.acquire();System.out.println("save data");
s.release();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
}

 

线程间交换数据的Exchanger


Exchanger(交换者)是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点,在这个同步点,两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据,如果第一个线程先执行exchange()方法,它会一直等待第二个线程也执行exchange方法,当两个线程都到达同步点时,这两个线程就可以交换数据,将本线程生产出来的数据传递给对方

package java_Multi_thread_programming.module.code46;

import java.util.concurrent.Exchanger;

public class Test4 {
    public static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                String string = ""+Thread.currentThread().getName();
                try {
                    System.out.println(string+exchanger.exchange(string));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "线程1").start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                String string1 = "" + Thread.currentThread().getName();
                try {
                    System.out.println(string1+exchanger.exchange(string1));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "线程2").start();
    }
}

注意:如果两个线程有一个没有执行exchange()方法,则会一直等待,如果担心有特殊情况发生,避免一直等待,可以使用exchange(V x,longtimeout,TimeUnit unit)设置最大等待时长


Java中的线程池


Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处
第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗
第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行
第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一分配、调优和监控

 

线程池的实现原理

 

关于Java高并发编程你需要知道的“升段攻略”(4)-开源基础软件社区

从图中可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下

 

  1. 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程
    2、线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程

3、线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务


ThreadPoolExecutor执行execute()方法的示意图如下:关于Java高并发编程你需要知道的“升段攻略”(4)-开源基础软件社区

ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况

  1. 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)
  2. 如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue
  3. 如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)
  4. 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法


ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路,是为了在执行execute()方法时,尽可能地避免获取全局锁(那将会是一个严重的可伸缩瓶颈)。在ThreadPoolExecutor完成预热之后(当前运行的线程数大于等于corePoolSize),几乎所有的execute()方法调用都是执行步骤2,而步骤2不需要获取全局锁

线程池中的线程执行任务分两种情况,如下

在execute()方法中创建一个线程时,会让这个线程执行当前任务
这个线程执行完上图中1的任务后,会反复从BlockingQueue获取任务来执行

 

线程池的使用


线程池的创建

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime,
milliseconds,runnableTaskQueue, handler);

创建一个线程池时需要输入几个参数,如下 :

  • corePoolSize(线程池的基本大小):当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程
  • runnableTaskQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列
  • \ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按FIFO(先进先出)原则对元素进行排序
  • LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列
  • SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于Linked-BlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列
  • PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列

 

maximumPoolSize(线程池最大数量):线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已创建的线程数小于最大线程数,则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是,如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果

 

ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字,代码如下

new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

 

RejectedExecutionHandler(饱和策略):当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略

 

AbortPolicy:直接抛出异常
CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务
DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务
DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。当然,也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务

 

keepAliveTime(线程活动保持时间):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。所以,如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大时间,提高线程的利用率
TimeUnit(线程活动保持时间的单位):可选的单位有天(DAYS)、小时(HOURS)、分钟(MINUTES)、毫秒(MILLISECONDS)、微秒(MICROSECONDS,千分之一毫秒)和纳秒(NANOSECONDS,千分之一微秒)

 

向线程池提交任务

 

可以使用两个方法向线程池提交任务,分别为execute()和submit()方法
execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功
submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象,通过这个future对象可以判断任务是否执行成功,并且可以通过future的get()方法来获取返回值,get()方法会阻塞当前线程直到任务完成,而使用get(long timeout,TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回,这时候有可能任务没有执行完


关闭线程池

 

可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。但是它们存在一定的区别,shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表,而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程
只要调用了这两个关闭方法中的任意一个,isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功,这时调用isTerminaed方法会返回true。至于应该调用哪一种方法来关闭线程池,应该由提交到线程池的任务特性决定,通常调用shutdown方法来关闭线程池,如果任务不一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法

 

 

已于2021-3-17 09:43:06修改
收藏
回复
举报
回复
添加资源
添加资源将有机会获得更多曝光,你也可以直接关联已上传资源 去关联
    相关推荐