Java笔记（十八）同步和协作工具类

同步和协作工具类

一、读写锁ReentrantReadWriteLock

ReadWriteLock接口的定义为：

public interface ReadWriteLock {
    Lock readLock();
    Lock writeLock();
}

读操作使用读锁，写操作使用写锁。只有"读-读"操作是可以并行的，"读-写"和"写-写"都不行。

始终只有一个线程能进行写操作，在获取写锁时，只有没有任何线程持有任何锁才可以获取到，

在持有写锁时，其他任何线程都获取不到任何锁。在没有其他线程持有写锁的情况下，多个线程可以获取和持有读锁。

ReentrantReadWriteLock的两个构造方法：

public ReentrantReadWriteLock() {
        this(false);
}

public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
        readerLock = new ReadLock(this);
        writerLock = new WriteLock(this);
}

其中fair表示是否公平。

二、信号量Semaphore

信号量类Semaphore类用来限制对资源并发访问的线程数，构造方法：

//permits表示许可数量
public Semaphore(int permits)
//fair表示是否公平
public Semaphore(int permits, boolean fair)

Semaphore方法与锁类似，主要有两类方法，获取许可和释放许可：

//阻塞获取许可
public void acquire() throws InterruptedException
//阻塞获取许可，不响应中断
public void acquireUninterruptibly()
//批量获取多个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException
public void acquireUninterruptibly(int permits)
//尝试获取
public boolean tryAcquire()
//限定等待时间获取
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout,
TimeUnit unit) throws InterruptedException
//释放许可
public void release()

限制并发访问数量不超过100的例子：

public class AccessControlService {
    public static class ConcurrentLimitException extends RuntimeException {
    }
    private static final int MAX_PERMITS = 100;
    private Semaphore permits = new Semaphore(MAX_PERMITS, true);
    public boolean login(String name, String password) {
        //每次acquire都会消耗一个许可
        if (!permits.tryAcquire()) {
            throw new ConcurrentLimitException();
        }
        return true;
    }
    public void logout(String name) {
        permits.release();
    }
}

Semaphore permits = new Semaphore(1);
permits.acquire();
//程序会阻塞在第二个acquire调用
permits.acquire();
System.out.println("acquired");

信号量也是基于AQS实现的。

三、倒计时门栓CountDownLatch

用于需要线程同步的情景。该类相当于一个门栓，一开始是关闭的，所有希望通过该门的线程都需要等待，

然后开始倒计时，倒计时变为0的时候，门栓打开，所有线程通过，它是一次性的，打开后不能关闭。构造函数：

public CountDownLatch(int count)

与多个线程的协作方法：

//检查计数是否为0如果大于0就等待。await可以被中断，也可以设置最长等待时间
public void await() throws InterruptedException
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
//countDown检查计数，如果已经为0，直接返回，否则减少计数，如果新的计数变为0，
//则唤醒所有线程
public void countDown()

public class RacerWithCountDownLatch {
    static class Racer extends Thread {
        CountDownLatch latch;
        public Racer(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }
        @Override
        public void run() {
            try{
                this.latch.await();
                System.out.println(getName() + " start run "
                        + System.currentTimeMillis());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
        Thread[] threads = new Thread[num];
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            threads[i] = new Racer(latch);
            threads[i].start();
        }
        Thread.sleep(1000);
        latch.countDown();
        /*Thread-0 start run 1545714108398
        Thread-3 start run 1545714108398
        Thread-4 start run 1545714108398
        Thread-5 start run 1545714108398
        Thread-6 start run 1545714108398
        Thread-7 start run 1545714108399
        Thread-8 start run 1545714108399
        Thread-9 start run 1545714108399*/
    }
}

四、循环栅栏CyclicBarrier

所有线程在到达栅栏后都需要等待其他线程，等所有线程都到达后再一起通过，

它是循环的，可以用作重复的同步。构造方法：

//parties参与线程个数
public CyclicBarrier(int parties)

//barrierAction表示所有线程到达栅栏后，所有线程执行下一步动作前，
//运行参数中的动作，这个动作由最后一个到达栅栏的线程执行
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

主要方法：

//等待其他线程到达栅栏，调用await后表示自己已经到达，如果是最后一个到达的，就执行可选命令，执行完毕后，唤醒所有等待的线程，然后重置内部的同步计数
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
BrokenBarrierException, TimeoutException

注意：在CyclicBarrier中，参与的线程是互相影响的，只要有其中的一个线程在调用await时被中断或者超时了，

栅栏就会被破坏。此外，如果栅栏动作抛出了异常，栅栏也会被破坏。被破坏后，所有在调用的await线程就会退出，

抛出BrokenBarrierException。

五、ThreadLocal

1.基本概念和用法

线程本地变量：每个线程都有同一个变量的独特拷贝。ThreadLocal是一个泛型类，

接受一个类型参数T，它只有一个空的构造方法，有两个主要的public方法：

//获取值
public T get()
//设置值
public void set(T value)

public class ThreadLocalBasic {
    static ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread child = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("child thread initial " + local.get()); //null
                local.set(200);
                System.out.println("child thread final: " + local.get()); //
            }
        };
        local.set(100);
        child.start();
        child.join();
        System.out.println("Main thread final : " + local.get()); //
    }
}

从上面的例子可以看出，一个线程本地变量，在每个线程都有自己的独立值。

ThreadLocal的其他方法：

//用于提供初始值
protected T initialValue()
//删除当前线程的对应值，删掉后再次调用get就会获取初始值
public void remove()

应用：是实现线程安全、减少竞争的一种方案。