java juc包介绍

目录

1.Java JUC 简介
2.volatile 关键字-内存可见性
3.原子变量-CAS算法
4.ConcurrentHashMap 锁分段机制
5.CountDownLatch 闭锁
6.实现Callable 接口
7.Lock 同步锁
8.Condition 控制线程通信
9.线程按序交替
10.ReadWriteLock 读写锁
11.线程八锁
12.线程池
13.线程调度
14.ForkJoinPool 分支/合并框架工作窃取

Java JUC 简介

在Java 5.0 提供了 java.util.concurrent （简称JUC
）包，在此包中增加了在并发编程中很常用的实用工具类，用于定义类似于线程的自定义子 系统，包括线程池、异步 IO
和轻量级任务框架。提供可调的、灵活的线程池。还提供了设计用于 多线程上下文中的 Collection 实现等。

1-volatile 关键字内存可见性

内存可见性

内存可见性（Memory
Visibility）是指当某个线程正在使用对象状态而另一个线程在同时修改该状态，需要确保当一个线程修改了对象状态后，其他线程能够看到发生的状态变化。
可见性错误是指当读操作与写操作在不同的线程中执行时，我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值，有时甚至是根本不可能的事情。
我们可以通过同步来保证对象被安全地发布。除此之外我们也可以使用一种更加轻量级的volatile 变量。

volatile 关键字

Java 提供了一种稍弱的同步机制，即volatile 变 量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。可以将volatile
看做一个轻量级的锁，但是又与 锁有些不同： 对于多线程，不是一种互斥关系 不能保证变量状态的“原子性操作”

2-原子变量 CAS算法

CAS 算法

CAS (Compare-And-Swap)
是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的处理器中的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。 CAS
是一种无锁的非阻塞算法的实现。 CAS 包含了 3 个操作数： 需要读写的内存值V 进行比较的值A 拟写入的新值B 当且仅当V
的值等于A 时，CAS 通过原子方式用新值B 来更新V 的值，否则不会执行任何操作。

原子变量

类的小工具包，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。事实上，此包中的类可 将volatile
值、字段和数组元素的概念扩展到那些也提供原子条件更新操作的类。
类AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong 和AtomicReference
的实例各自提供对相应类型单个变量的访问和更新。每个类也为该类型提供适当的实用工具方法。
AtomicIntegerArray、AtomicLongArray 和AtomicReferenceArray
类进一步扩展了原子操作，对这些类型的数组提供了支持。这些类在为其数组元素提供 volatile
访问语义方面也引人注目，这对于普通数组来说是不受支持的。 核心方法：boolean
compareAndSet(expectedValue, updateValue) java.util.concurrent.atomic
包下提供了一些原子操作的常用类: AtomicBoolean 、AtomicInteger 、AtomicLong 、
AtomicReference AtomicIntegerArray 、AtomicLongArray
AtomicMarkableReference AtomicReferenceArray AtomicStampedReference
3-ConcurrentHashMap 锁分段机制

3-ConcurrentHashMap

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器 的性能。
ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对与多线程的操作，介于HashMap
与Hashtable 之间。内部采用“锁分段” 机制替代 Hashtable 的独占锁。进而提高性能。
此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：
ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、
CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给定collection
时，ConcurrentHashMap 通常优于同步的HashMap， ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的
TreeMap。当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList 优于同步的ArrayList。

4-CountDownLatch 闭锁

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器 的性能。
CountDownLatch 一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
闭锁可以延迟线程的进度直到其到达终止状态，闭锁可以用来确保某些活 动直到其他活动都完成才继续执行：
确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行; 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动;
等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。

5-实现 Callable 接口

Callable 接口 Java 5.0 在 java.util.concurrent 提供了一个新的创建执行线程的方式：Callable
接口 Callable 接口类似于Runnable，两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable
不会返回结果，并且无法抛出经过检查的异常。 Callable 需要依赖FutureTask ，FutureTask 也可以用作闭 锁。

6-Lock 同步锁

显示锁Lock 在Java 5.0 之前，协调共享对象的访问时可以使用的机制只有synchronized 和volatile 。Java
5.0 后增加了一些新的机制，但并不是一种替代内置锁的方法，而是当内置锁不适用时，作为一种可选择的高级功能。 ReentrantLock 实现了 Lock 接口，并提供了与 synchronized 相同的互斥性和内存可见性。但相较于 synchronized
提供了更高的处理锁的灵活性。

7-Condition 控制线程通信

Condition Condition 接口描述了可能会与锁有关联的条件变量。这些变量在用法上与使用 Object.wait
访问的隐式监视器类似，但提供了更强大的功能。需要特别指出的是，单个 Lock 可能与多个 Condition
对象关联。为了避免兼容性问题，Condition 方法的名称与对应的 Object 版本中的不同。 在 Condition
对象中，与wait、notify 和 notifyAll 方法对应的分别是 await、signal 和 signalAll。
Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其
newCondition() 方法。

8-线程按序交替

线程按序交替
编写一个程序，开启 3 个线程，这三个线程的ID 分别为
A、B、C，每个线程将自己的ID 在屏幕上打印 10 遍，要求输出的结果必须按顺序显示。
如：ABCABCABC…… 依次递归

9-ReadWriteLock 读写锁

读-写锁ReadWriteLock ReadWriteLock 维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，
另一个用于写入操作。只要没有writer，读取锁可以由 多个reader 线程同时保持。写入锁是独占的。。 ReadWriteLock
读取操作通常不会改变共享资源，但执行写入操作时，必须独占方式来获取锁。对于读取操作占多数的数据结构。 ReadWriteLock
能提供比独占锁更高的并发性。而对于只读的数据结构，其中包含的不变性可以完全不需要考虑加锁操作。

10-线程八锁

线程八锁

•一个对象里面如果有多个synchronized方法，某一个时刻内，只要一个线程去调用
其中的一个synchronized方法了，其它的线程都只能等待，换句话说，某一个时刻
内，只能有唯一一个线程去访问这些synchronized方法 •锁的是当前对象this，被锁定后，其它的线程都不能进入到当前对象的其它的
synchronized方法 •加个普通方法后发现和同步锁无关 •换成两个对象后，不是同一把锁了，情况立刻变化。
•都换成静态同步方法后，情况又变化 •所有的非静态同步方法用的都是同一把锁——实例对象本身，也就是说如果一个实
例对象的非静态同步方法获取锁后，该实例对象的其他非静态同步方法必须等待获
取锁的方法释放锁后才能获取锁，可是别的实例对象的非静态同步方法因为跟该实
例对象的非静态同步方法用的是不同的锁，所以毋须等待该实例对象已获取锁的非 静态同步方法释放锁就可以获取他们自己的锁。
•所有的静态同步方法用的也是同一把锁——类对象本身，这两把锁是两个不同的对
象，所以静态同步方法与非静态同步方法之间是不会有竞态条件的。但是一旦一个
静态同步方法获取锁后，其他的静态同步方法都必须等待该方法释放锁后才能获取
锁，而不管是同一个实例对象的静态同步方法之间，还是不同的实例对象的静态同 步方法之间，只要它们同一个类的实例对象！

11-线程池

线程池

第四种获取线程的方法：线程池，一个 ExecutorService，它使用可能的几个池线程之 一执行每个提交的任务，通常使用
Executors 工厂方法配置。
线程池可以解决两个不同问题：由于减少了每个任务调用的开销，它们通常可以在执行大量异步任务时提供增强的性能，并且还可以提供绑定和管理资源（包括执行任务集时使用的线程）的方法。每个
ThreadPoolExecutor 还维护着一些基本的统计数据，如完成的任务数。
为了便于跨大量上下文使用，此类提供了很多可调整的参数和扩展钩子 (hook)。但是，强烈建议程序员使用较为方便的 Executors
工厂方法： Executors.newCachedThreadPool()（无界线程池，可以进行自动线程回收）
Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小线程池）
Executors.newSingleThreadExecutor()（单个后台线程） 它们均为大多数使用场景预定义了设置。

12-线程调度

ScheduledExecutorService 一个 ExecutorService，可安排在给定的延迟后运行或定期执行的命令。

13-ForkJoinPool 分支/合并框架工作窃取

Fork/Join
框架：就是在必要的情况下，将一个大任务，进行拆分(fork)成若干个小任务（拆到不可再拆时），再将一个个的小任务运算的结果进行 join
汇总

Fork/Join 框架与线程池的区别
采用 “工作窃取”模式（work-stealing）：
当执行新的任务时它可以将其拆分分成更小的任务执行，并将小任务加到线程队列中，然后再从一个随机线程的队列中偷一个并把它放在自己的队列中。
相对于一般的线程池实现，fork/join框架的优势体现在对其中包含的任务的处理方式上.在一般的线程池中，如果一个线程正在执行的任务由于某些 原因无法继续运行，那么该线程会处于等待状态。而在fork/join框架实现中， 如果某个子问题由于等待另外一个子问题的完成而无法继续运行。那么处理该子问题的线程会主动寻找其他尚未运行的子问题来执行.这种方式减少了 线程的等待时间，提高了性能。

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