【学习】004 java并发包
并发包【jdk1.7】
同步容器类
Vector与ArrayList区别
1.ArrayList是最常用的List实现类,内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔,当数组大小不满足时需要增加存储能力,就要讲已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。
2.Vector与ArrayList一样,也是通过数组实现的,不同的是它支持线程的同步,即某一时刻只有一个线程能够写Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性,但实现同步需要很高的花费,因此,访问它比访问ArrayList慢
注意: Vector线程安全、ArrayList
Vector源码类
Add方法源码类
Arraylist源码
Add方法源码
HasTable与HasMap
1.HashMap不是线程安全的
HastMap是一个接口 是map接口的子接口,是将键映射到值的对象,其中键和值都是对象,并且不能包含重复键,但可以包含重复值。HashMap允许null key和null value,而hashtable不允许。
2.HashTable是线程安全的一个Collection。
3.HashMap是Hashtable的轻量级实现(非线程安全的实现),他们都完成了Map接口,主要区别在于HashMap允许空(null)键值(key),由于非线程安全,效率上可能高于Hashtable。
HashMap允许将null作为一个entry的key或者value,而Hashtable不允许。
HashMap把Hashtable的contains方法去掉了,改成containsvalue和containsKey。
注意: HashTable线程安全,HashMap线程不安全。
源码分析
synchronizedMap
Collections.synchronized*(m) 将线程不安全额集合变为线程安全集合
ConcurrentHashMap
ConcurrentMap接口下有俩个重要的实现 :
ConcurrentHashMap
ConcurrentskipListMap (支持并发排序功能。弥补ConcurrentHas hMa p)
ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分,每个段其实就是一个
小的HashTable,它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上,它们就可以并
发进行。把一个整体默认分成了个段【2的整数倍,范围:2~2^31段】(Segment.也就是默认支持个线程的并发修改操作。
这也是在重线程场景时减小锁的粒度从而降低锁竞争的一种方案。并且代码中大多共享变
量使用volatile关键字声明,目的是第一时间获取修改的内容,性能非常好。
CountDownLatch
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。
- package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day004;
- import java.util.concurrent.CountDownLatch;
- public class Test002
- {
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException
- {
- CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
- new Thread(new Runnable()
- {
- public void run()
- {
- System.out.println("我是子线程1开始执行任务......");
- try
- {
- // 子线程正在处理事情
- Thread.sleep(10);
- }
- catch (Exception e)
- {
- // TODO: handle exception
- }
- countDownLatch.countDown();// 每次减1
- System.out.println("我是子线程1结束执行任务......");
- }
- }).start();
- ;
- new Thread(new Runnable()
- {
- public void run()
- {
- System.out.println("我是子线程2开始执行任务......");
- try
- {
- // 子线程正在处理事情
- Thread.sleep(10);
- }
- catch (Exception e)
- {
- // TODO: handle exception
- }
- countDownLatch.countDown();// 每次减1
- System.out.println("我是子线程2结束执行任务......");
- }
- }).start();
- ;
- countDownLatch.await();// 如果不为0的时候,一致等待
- System.out.println("主线程开始执行任务");
- for (int i = 0; i < 10; i++)
- {
- System.out.println("main i:" + i);
- }
- }
- }
CyclicBarrier
CyclicBarrier初始化时规定一个数目,然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时,所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。
CyclicBarrier就象它名字的意思一样,可看成是个障碍, 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。
CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数, 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后,所有其它线程被唤醒前被执行。
- package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day004;
- import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
- class Writer extends Thread
- {
- CyclicBarrier cyclicBarrier;
- public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier)
- {
- this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始写入数据...");
- try
- {
- // 模拟耗时时间
- Thread.sleep(30);
- // 执行并行执行成功
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入数据成功...");
- cyclicBarrier.await();
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "所有数据执行完毕...");
- }
- catch (Exception e)
- {
- // TODO: handle exception
- }
- }
- }
- public class Test003
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);
- for (int i = 0; i < 5; i++)
- {
- new Writer(cyclicBarrier).start();
- }
- }
- }
Semaphore
Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值,基于此,多个线程竞争获取许可信号,做自己的申请后归还,超过阈值后,线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池,资源池之类的,比如数据库连接池,我们也可以创建计数为1的Semaphore,将其作为一种类似互斥锁的机制,这也叫二元信号量,表示两种互斥状态。它的用法如下:
- //函数用来获取当前可用的资源数量
- semaphore.availablePermits();
- //申请资源
- semaphore.acquire();
- // 释放资源
- semaphore.release();
案例:
需求: 一个车站只有3个取票窗口,但是有10个人来上取票,那怎么办?假设10的人的编号分别为1-10,并且1号先到取票窗口,10号最后到取票窗口。那么1-3号来的时候必然有可用取票窗口位,顺利取票,4号来的时候需要看看前面3人是否有人已经取完票了,如果有人取完离开,就进去,否则等待。同样的道理,4-10号也需要等待正在取票的人离开后才能进去,并且谁先进去这得看等待的人是否有资源权限,是否能遵守先来先上的规则。
代码:
- package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day004;
- import java.util.Random;
- import java.util.concurrent.Semaphore;
- class Parent extends Thread
- {
- Semaphore semaphore;
- String name;
- public Parent(Semaphore semaphore, String name)
- {
- this.semaphore = semaphore;
- this.name = name;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- // 获取到资源,减去1
- int availablePermits = semaphore.availablePermits();
- if (availablePermits > 0)
- {
- System.out.println(name + "天助我也,终于到我啦!!");
- }
- else
- {
- System.out.println(name + "怎么人又爆满了.....");
- }
- try
- {
- semaphore.acquire();
- System.out.println(name + "终于轮到我啦!!!");
- Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); // 模拟上排队取票时间。
- System.out.println(name + "终于取到票啦,搞定,爽!");
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- }
- finally
- {
- // 释放资源
- semaphore.release();
- }
- }
- }
- public class Test004
- {
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException
- {
- // // 最多支持多个资源访问
- // Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
- // // 获取到资源,减去1
- // semaphore.availablePermits();
- // // 释放资源
- // semaphore.release();
- Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
- for (int i = 1; i <= 10; i++)
- {
- new Parent(semaphore, "第" + i + "个" + ",").start();
- }
- }
- }
并发队列
在并发队列上JDK提供了两套实现,一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队
列,一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列,无论哪种都继承自Queue。
ConcurrentLinkedDeque
ConcurrentLinkedQueue :
是一个适用于高并发场景下的队列,通过无锁的方式,实现
了高并发状态下的高性能,通常ConcurrentLinkedQueue性能好于BlockingQueue.它
是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。头是最先
加入的,尾是最近加入的,该队列不允许null元素。
ConcurrentLinkedQueue重要方法:
add()和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中这俩个方法没有任何区别)
poll() 和peek() 都是取头元素节点,区别在于前者会删除元素,后者不会。
- // 无界的队列
- ConcurrentLinkedDeque q = new ConcurrentLinkedDeque();
- q.offer("洪墨水");
- q.offer("老");
- q.offer("牛");
- q.offer("逼");
- q.offer("了");
- System.out.println("初始队列长度:" + q.size());
- // 从头获取一个元素,不刪除该元素
- System.out.println("执行peek获取一个元素:" + q.peek());
- System.out.println("执行peek后的队列长度:" + q.size());
- // 从头获取一个元素,删除该元素
- System.out.println("执行poll获取一个元素:" + q.poll());
- // 获取总长度
- System.out.println("执行poll后的初始队列长度:" + q.size());
运行结果:
初始队列长度:5
执行peek获取一个元素:洪墨水
执行peek后的队列长度:5
执行poll获取一个元素:洪墨水
执行poll后的初始队列长度:4
BlockingQueue
BlockingQueue即阻塞队列,从阻塞这个词可以看出,在某些情况下对阻塞队列的访问可能会造成阻塞。被阻塞的情况主要有如下两种:
1. 当队列满了的时候进行入队列操作时阻塞
2. 当队列空了的时候进行出队列操作时阻塞
因此,当一个线程试图对一个已经满了的队列进行入队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程做了出队列操作;同样,当一个线程试图对一个空队列进行出队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程进行了入队列操作。
在Java中,BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本开始提供),由上面介绍的阻塞队列的特性可知,阻塞队列是线程安全的。
在新增的Concurrent包中,BlockingQueue很好的解决了多线程中,如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类,为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员,包括他们各自的功能以及常见使用场景。
认识BlockingQueue:
阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞
的插入和移除方法。
1)支持阻塞的插入方法:意思是当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不
满。
2)支持阻塞的移除方法:意思是在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是向队列里添加元素的线程,消费者是
从队列里取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器
常用的队列主要有以下两种:(当然通过不同的实现方式,还可以延伸出很多不同类型的队列,DelayQueue就是其中的一种)
先进先出(FIFO):先插入的队列的元素也最先出队列,类似于排队的功能。从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性。
后进先出(LIFO):后插入队列的元素最先出队列,这种队列优先处理最近发生的事件。
多线程环境中,通过队列可以很容易实现数据共享,比如经典的“生产者”和“消费者”模型中,通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程,另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程,利用队列的方式来传递数据,就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内,万一发生数据处理速度不匹配的情况呢?理想情况下,如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度,并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候,那么生产者必须暂停等待一下(阻塞生产者线程),以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕,反之亦然。然而,在concurrent包发布以前,在多线程环境下,我们每个程序员都必须去自己控制这些细节,尤其还要兼顾效率和线程安全,而这会给我们的程序带来不小的复杂度。好在此时,强大的concurrent包横空出世了,而他也给我们带来了强大的BlockingQueue。(在多线程领域:所谓阻塞,在某些情况下会挂起线程(即阻塞),一旦条件满足,被挂起的线程又会自动被唤醒)
ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。
ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子:
- ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue(3);
- arrayBlockingQueue.add("张三");
- arrayBlockingQueue.add("李四");
- arrayBlockingQueue.add("王武");
- // 可以阻塞的队列
- boolean offer = arrayBlockingQueue.offer("王麻衣子", 2, TimeUnit.SECONDS);
- System.out.println(arrayBlockingQueue.size() + "---" + offer);
- System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
- System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
- System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
- System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
运行结果:
3---false
张三
李四
王武
null
LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。
和ArrayBlockingQueue一样,LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使LinkedBlockingQueue的例子:
- LinkedBlockingQueue linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue(3);
- linkedBlockingQueue.add("张三");
- linkedBlockingQueue.add("李四");
- linkedBlockingQueue.add("李四");
- System.out.println(linkedBlockingQueue.size());
PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列,它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注意,PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口,队列优先级的排序规则就
是按照我们对这个接口的实现来定义的。另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。
SynchronousQueue
SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞,除非这个元素被另一个线程消费。
使用BlockingQueue模拟生产者与消费者
- package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day004;
- import java.util.concurrent.BlockingQueue;
- import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
- import java.util.concurrent.TimeUnit;
- import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
- class ProducerThread extends Thread
- {
- private BlockingQueue<Object> queue;
- private volatile boolean flag = true;
- private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
- ProducerThread(BlockingQueue<Object> blockingQueue)
- {
- this.queue = blockingQueue;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的生产者线程启动...");
- try
- {
- while (flag)
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的生产者正在生产...");
- String data = count.incrementAndGet() + "";
- // 添加队列
- boolean offer = queue.offer(data);
- if (offer)
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的生产者线程,把data:" + data + "添加到队列成功!");
- }
- else
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的生产者线程,把data:" + data + "添加到队列失败!");
- }
- Thread.sleep(1000);
- }
- }
- catch (Exception e)
- {
- // TODO: handle exception
- }
- finally
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的生产者线程停止...");
- }
- }
- public void stopThread()
- {
- this.flag = false;
- }
- }
- class ConsumerThread extends Thread
- {
- private BlockingQueue<Object> queue;
- private volatile boolean flag = true;
- ConsumerThread(BlockingQueue<Object> blockingQueue)
- {
- this.queue = blockingQueue;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的消费者线程启动....");
- try
- {
- while (flag)
- {
- // 从队列中获取一个元素,获取完毕后,队列会把这个元素删除掉,获取的超时时间设置为2s
- String data = (String) queue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);
- if (data != null)
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的消费者获取 data:" + data + "成功...");
- }
- else
- {
- System.out.println("线程名称为:" + Thread.currentThread().getName() + "的消费者获取 data:" + data + "失败..");
- this.flag = false;
- }
- }
- }
- catch (Exception e)
- {
- // TODO: handle exception
- }
- finally
- {
- System.out.println("消费停止....");
- }
- }
- }
- public class Test006
- {
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException
- {
- BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<Object>(10);
- ProducerThread p1 = new ProducerThread(queue);
- ProducerThread p2 = new ProducerThread(queue);
- ConsumerThread c1 = new ConsumerThread(queue);
- p1.start();
- p2.start();
- c1.start();
- // 执行10s
- Thread.sleep(10 * 1000);
- p1.stopThread();
- p2.stopThread();
- }
- }
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