JDK并发包

JDK5之后引进了并发包java.util.concurrent，让并发的开发更加可控，更加简单。所以有必要好好学习下，下面从同步控制、并发容器、线程池三部分来详细了解它。

1. 各种同步控制工具的使用

1.1 ReentrantLock(重用锁)

1）与synchronized的区别是，它需要手动申请锁与解锁，在 finally 块中释放锁，而synchronized是JVM自动处理的。可控性上ReentrantLock更强。

由于ReentrantLock是重入锁，所以可以反复得到相同的一把锁，它有一个与锁相关的获取计数器，如果拥有锁的某个线程再次得到锁，那么获取计数器就加1，然后锁需要被释放两次才能获得真正释放(重入锁)。

注：synchronized 也是可重入的，当线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块，就允许线程继续进行，当线程退出第二个（或者后续） synchronized 块的时候，不释放锁，只有线程退出它进入的监控器保护的第一个synchronized 块时，才释放锁，例如：

在带有锁的方法1里面调用了带有锁的方法2，这时在方法1获得的锁还是没有释放的，其它线程还是访问不了方法1，即使方法2结束了，直至方法1的锁释放，锁才会真正释放。假如有多个线程同时来调用方法1，那输出结果还是按顺序输出：1，2，1，2...

2）还有与synchronized不同的是，ReentrantLock对中断是有响应的。普通的lock.lock()是不能响应中断的，lock.lockInterruptibly()能够响应中断。

3）可限时，超时不能获得锁，就返回false，不会永久等待构成死锁，使用lock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit)来实现可限时锁，参数为时间和单位。无法获得后就直接退出了。

1.2 Condition

Condition与ReentrantLock的关系就类似于synchronized与Object.wait()/signal()

await()方法会使当前线程等待，同时释放当前锁，当其他线程中使用signal()时或者signalAll()方法时，线 程会重新获得锁并继续执行。或者当线程被中断时，也能跳出等待。这和Object.wait()方法很相似。

awaitUninterruptibly()方法与await()方法基本相同，但是它并不会再等待过程中响应中断。 singal()方法用于唤醒一个在等待中的线程。相对的singalAll()方法会唤醒所有在等待中的线程。这和Obejct.notify()方法很类似。

1.3.Semaphore

对于锁来说，它是互斥的排他的。意思就是，只要我获得了锁，没人能再获得了。

而对于Semaphore来说，它允许多个线程同时进入临界区。可以认为它是一个共享锁，但是共享的额度是有限制的，额度用完了，其他没有拿到额度的线程还是要阻塞在临界区外。当额度为1时，就相等于lock。

常用方法有：

semaphore.acquire();//申请许可,当然一个线程也可以一次申请多个许可acquire(int permits)，谁拿到令牌(acquire)就可以去执行了，如果没有令牌则需要等待。

semaphore.release();//执行完毕，一定要归还(release)令牌，否则令牌会被很快用光，别的线程就无法获得令牌而执行下去了。

1.4 ReadWriteLock

ReadWriteLock是区分功能的锁。读和写是两种不同的功能，读-读不互斥，读-写互斥，写-写互斥。

这样的设计是并发量提高了，又保证了数据安全。

使用方式是：

private static ReentrantReadWriteLock readWriteLock=new ReentrantReadWriteLock();

private static Lock readLock = readWriteLock.readLock();

private static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

1.5 CountDownLatch

倒数计时器，等待所有检查线程全部完工后，再执行。每个任务完成后调用countDown()，计数器就会减1，当计数为0的时候，await()阻塞后面的方法会继续执行。

1.6 CyclicBarrier

和CountDownLatch相似，也是等待某些线程都做完以后再执行。与CountDownLatch区别在于这个计数器可以反复使用。比如，假设我们将计数器设置为10。那么凑齐第一批1 0个线程后，计数器就会归零，然后接着凑齐下一批10个线程。并且每次完成一批线程后会触发一个动作

CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)//barrierAction就是当计数器一次计数完成后，系统会执行的动作

也是通过await()来阻塞主线程等待任务全部完成

2. 并发容器

2.1 ConcurrentHashMap

我们知道HashMap不是一个线程安全的容器，最简单的方式使HashMap变成线程安全就是使用Collections.synchronizedMap，它是对HashMap的一个包装，如：

Collections.synchronizedMap(new HashMap())

同理对于List，Set也提供了相似方法。

但是这种方式只适合于并发量比较小的情况，它会将HashMap包装在里面，然后将HashMap的每个操作都加上synchronized。

下面来看下ConcurrentHashMap是如何实现的：

在 ConcurrentHashMap内部有一个Segment段，它将大的HashMap切分成若干个段（小的HashMap），然后让数据在每一段上Hash，这样多个线程在不同段上的Hash操作一定是线程安全的，所以只需要同步同一个段上的线程就可以了，这样实现了锁的分离，大大增加了并发量。

在使用ConcurrentHashMap.size时会比较麻烦，因为它要统计每个段的数据和，在这个时候，要把每一个段都加上锁，然后再做数据统计。这个就是把锁分离后的小小弊端，但是size方法应该是不会被高频率调用的方法。

2.2 BlockingQueue

BlockingQueue不是一个高性能的容器。但是它是一个非常好的共享数据的容器。是典型的生产者和消费者的实现。

它在内部实现了同步的队列，实现方式采用的是我们第2种await() / signal()方法。它可以在生成对象时指定容量大小。它用于阻塞操作的是put()和take()方法。

put()方法：类似于我们上面的生产者线程，容量达到最大时，自动阻塞。

take()方法：类似于我们上面的消费者线程，容量为0时，自动阻塞。

3.线程池

线程池的作用就是将线程进行复用，减少创建与销毁线程的开销。

ThreadPoolExecutor是线程池的一个重要实现。

而Executors是一个工厂类。

新提交一个任务时的处理流程很明显：

1、如果线程池的当前大小还没有达到基本大小(poolSize < corePoolSize)，那么就新增加一个线程处理新提交的任务；

2、如果当前大小已经达到了基本大小，就将新提交的任务提交到阻塞队列排队，等候处理workQueue.offer(command)；

3、如果队列容量已达上限，并且当前大小poolSize没有达到maximumPoolSize，那么就新增线程来处理任务；

4、如果队列已满，并且当前线程数目也已经达到上限，那么意味着线程池的处理能力已经达到了极限，此时需要拒绝新增加的任务。至于如何拒绝处理新增

的任务，取决于线程池的饱和策略RejectedExecutionHandler。

3.1.线程池的种类

• new FixedThreadPool 固定数量的线程池，线程池中的线程数量是固定的，不会改变。
• new SingleThreadExecutor 单一线程池，线程池中只有一个线程。
• new CachedThreadPool 缓存线程池，线程池中的线程数量不固定，会根据需求的大小进行改变。
• new ScheduledThreadPool 计划任务调度的线程池，用于执行计划任务，比如每隔5分钟怎么样

3.2.拒绝策略

有时候，任务非常繁重，导致系统负载太大。在上面说过，当任务量越来越大时，任务都将放到FixedThreadPool的阻塞队列中，导致内存消耗太大，最终导致内存溢出。这样的情况是应该要避免的。因此当我们发现线程数量要超过最大线程数量时，我们应该放弃一些任务。丢弃时，我们应该把任务记下来，而不是直接丢掉。

共有以上4种策略。

AbortPolicy：如果不能接受任务了，则抛出异常。

CallerRunsPolicy：如果不能接受任务了，则让调用的线程去完成。

DiscardOldestPolicy：如果不能接受任务了，则丢弃最老的一个任务，由一个队列来维护。

DiscardPolicy：如果不能接受任务了，则丢弃任务。

在ThreadPoolExecutor的另一个构造函数中，可传入一个handler,而handler就是拒绝策略的实现，它会告诉我们，如果任务不能执行了，该怎么做.

3.3 ForkJoin

Fork/Join框架是Java7提供了的一个用于并行执行任务的框架， 是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。有点类似工作流里面的分支合并概念

参考文章：

https://my.oschina.net/hosee/blog/485121

http://www.importnew.com/21288.html

https://my.oschina.net/hosee/blog/614319

3.4 Future

Future<V>代表一个异步执行的操作，通过get()方法可以获得操作的结果，如果异步操作还没有完成，则get()会使当前线程阻塞。FutureTask<V>实现了Future<V>和Runable<V>

3.5 Callable

一个有返回值的操作

3.6 CompletionService

CompletionService对ExecutorService进行了包装，内部维护一个保存Future对象的BlockingQueue。只有当这个Future对象状态是结束的时候，才会加入到这个Queue中，take()方法其实就是Producer-Consumer中的Consumer。它会从Queue中取出Future对象，如果Queue是空的，就会阻塞在那里，直到有完成的Future对象加入到Queue中。所以，先完成的必定先被取出。这样就减少了不必要的等待时间。

与迭代了FutureTask的数组的区别是，CompletionService 任务完成后就把其结果加到result中，而不用依次等待每个任务完成。