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Java多线程系列之JDK并发包举例详解

2024-03-06 11:02:19 作者：飞影铠甲

Java并发包提供了许多用于多线程编程的类和接口,这篇文章主要给大家介绍了关于Java多线程系列之JDK并发包的相关资料,文中通过代码介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下

前言

Java并发编程是Java开发中不可或缺的一部分，它允许开发者编写能够同时执行多个任务的应用程序，提高了程序的执行效率和响应速度。自从Java 5开始，java.util.concurrent包成为了并发编程的核心，引入了多种并发工具类，使得并发程序的编写变得更加简单和高效。本文将深入探讨这个包中的各种并发工具及其用途。

Executor框架

Executor框架是java.util.concurrent包的基石，提供了管理线程池的机制，允许开发者分离任务的提交与任务的执行过程。

Executor接口：定义了一个执行提交任务的简单接口，主要方法为execute(Runnable command)。
ExecutorService接口：是更完善的Executor，提供了生命周期管理的方法，比如shutdown()和submit()，后者可以提交Callable任务并返回Future。
ScheduledExecutorService接口：扩展了ExecutorService，支持定时及周期性任务执行。
ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor类：这两个类是上述接口的具体实现，提供了灵活的线程池管理策略。

示例

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ExecutorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个固定大小的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 提交任务给线程池执行
        executor.submit(() -> {
            System.out.println("Task 1 executed by " + Thread.currentThread().getName());
        });

        executor.submit(() -> {
            System.out.println("Task 2 executed by " + Thread.currentThread().getName());
        });

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

同步器

java.util.concurrent包提供了多种同步器，帮助开发者控制并发访问和修改共享资源。

Semaphore（信号量）：用于控制同时访问某个特定资源的操作数量，通过协调各个线程以保证合理的使用公共资源。
CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
CyclicBarrier：允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点。
Phaser：提供了更灵活的回合制同步，是CyclicBarrier的通用版本，支持动态地增减参与者。
Exchanger：允许两个线程在汇合点交换数据，用于线程间的数据交换。

示例（使用CountDownLatch）：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

        new Thread(() -> {
            System.out.println("Task 1 started.");
            // 模拟任务执行
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            System.out.println("Task 1 finished.");
            latch.countDown();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            System.out.println("Task 2 started.");
            // 模拟任务执行
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            System.out.println("Task 2 finished.");
            latch.countDown();
        }).start();

        // 等待两个任务都执行完毕
        latch.await();
        System.out.println("All tasks finished.");
    }
}

锁

在java.util.concurrent.locks包中，提供了比synchronized关键字更高级的锁机制。

Lock接口：比synchronized更灵活的锁机制，允许尝试非阻塞地获取锁、获取可中断锁以及尝试获取锁直到超时。
ReentrantLock：一个实现了Lock接口的可重入互斥锁。
ReadWriteLock接口：读写锁，允许多个线程同时读共享资源，但只有一个线程可以写。
ReentrantReadWriteLock：实现了ReadWriteLock，提供了读写分离的锁管理机制。

示例（使用ReentrantLock ）：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public void task() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Task executed by " + Thread.currentThread().getName());
            // 模拟任务执行
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLockExample example = new ReentrantLockExample();
        Thread t1 = new Thread(example::task);
        Thread t2 = new Thread(example::task);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

并发集合

java.util.concurrent包提供了多种线程安全的集合类。

ConcurrentHashMap：一个高效的线程安全的HashMap实现。
CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet：写时复制技术的应用，适合读多写少的并发场景。
BlockingQueue接口：支持两个附加操作的Queue，即在队列为空时获取元素的线程会等待队列变为非空，队列满时插入元素的线程会等待队列可用。

示例（使用ConcurrentHashMap）：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        map.put("key", "value");
        System.out.println(map.get("key"));
    }
}

原子变量

在java.util.concurrent.atomic包中，提供了一组原子类用于在单个变量上进行无锁的线程安全操作。

AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等：提供了基本类型的原子操作。
AtomicReference：提供了对象引用的原子操作。
AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray：提供了数组元素的原子操作。

示例（使用AtomicInteger）:

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerExample {
    private static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) {
        // 线程1增加计数器
        new Thread(() -> counter.incrementAndGet()).start();

        // 线程2增加计数器
        new Thread(() -> counter.incrementAndGet()).start();

        System.out.println("Counter: " + counter.get());
    }
}

CompletableFuture

CompletableFuture是在Java 8中引入的，提供了一个异步编程的框架。通过CompletableFuture，可以将回调式的编程风格与Future的优势结合起来，实现更加灵活的异步编程。

示例

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "Hello from CompletableFuture";
        });

        // 等待异步操作完成并获取结果
        String result = future.get();
        System.out.println(result);
    }
}

总结

Java的并发包java.util.concurrent提供了一套强大的工具集，用于简化多线程程序的开发。无论是执行大量异步任务的线程池管理，还是精细的线程同步控制，或是高效的并发数据结构，Java并发包都能提供相应的解决方案。通过合理利用这些工具，可以大幅提升Java应用程序的性能、可靠性和可维护性。了解并掌握这些并发工具，对于每一个Java开发者来说都是非常重要的。

到此这篇关于Java多线程系列之JDK并发包的文章就介绍到这了,更多相关Java多线程JDK并发包内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！