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六、Java并发-JUC包的梳理

一、JUC包的介绍
JUC是java.util.concurrent的缩写,提供了并发编程的解决方案
1.核心是:
1)CAS:是java.util.concurrent.atomic包的基础
(2)AQS:是java.util.concurrent.locks包以及一些常用类比如Semophore,ReentrantLock等类的基础

2.JUC包的分类
(1)线程执行器executor及其线程池实现类
(2)锁locks
(3)原子变量类atomic
(4)并发工具类tools
(5)并发集合collections

在这里插入图片描述
二、Atomic类
Atomic包中的原子操作类提供了一种用法简单、性能高效、线程安全地更新一个变量的方式。因为变量的类型有很多种,所以在Atomic包里一共提供了12个类,属于4种类型的原子更新方式,分别是原子更新基本类型,原子更新数组,原子更新引用和原子更新属性,Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类.

1.原子更新基本类型类
使用原子的方式更新的基本类型,提供了以下3个类:
(1)AtomicBoolean:原子更新布尔类型
(2)AtomicInteger:原子更新整型
(3)AtomicLong:原子更新长整型
以上3个类提供的方法几乎一模一样,所以只讲一些AtomicInteger,常用方法如下:
int addAndGet(int data):以原子的方式将输入的数值与实例中的值相加,返回结果
boolean compareAndSet(int expect,int update):如果输入的数值等于预期值,则以原子方式将该值设置为输入的值
int getAndIncrement():以原子方式加1
int getAndSet(int newValue):以原子方式设置为newValue的值,并返回旧值

原理:调用了Unsafe类中提供的3种CAS方法:compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和compareAndSwapLong,但其他类型比如boolean如何实现的呢?是通过先把boolean转换成整型,再使用compareAndSwapInt进行CAS

2.原子更新数组
通过原子的方式更新数组里的某个元素,Atomic包提供了以下3类:
(1)AtomicIntegerArray:原子更新整型数组里的元素
(2)AtomicLongArray:原子更新长整型数组里的元素
(3)AtomicReferenceArray:原子更新引用类型数组里的元素
以上3个类提供的方法几乎一样,所以只讲AtomicIntegerArray,常用方法如下:
int addAndGet(int i,int data):以原子方式将输入值与数组索引i的元素相加
boolean compareAndSet(int i,int expect,int update):如果当前值等于预期值,则以原子方式将数组i位置的元素设置成update值

3.原子更新引用类型
原子更新基本类型AtomicInteger,只能更新一个变量,如果要更新多个变量,就需要使用这个原子更新引用类型提供的类,Atomic包提供了以下3个类。
(1)AtomicReference:原子更新引用类型
(2)AtomicReferenceFileldUpdater:原子更新引用类型里的字段
(3)AtomicMarkableReference:原子更新带有标记位的引用类型。可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型
只需要将相应的对象设置进原子更新引用类型里面,然后调用compareAndSet方法进行原子更新操作,实现原理用AtomicInteger里的compareAndSet方法

4.原子更新字段类
如果需原子地更新某个类里的某个字段时,就需要使用原子更新字段类,Atomic包提供了以下3个类进行原子字段更新
AtomicIntegerUpdater:原子更新整型的字段的更新器
AtomicLongFieldUpdater:原子更新长整型字段的更新器
AtomicStampedReference:原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来,可用于原子的更新数据和数据的版本号,可以解决使用CAS进行原子更新时可能发现的ABA问题

三、并发工具类
并发工具类是在tools下面的,最典型的有4种同步器:
(1)闭锁 CountDownLatch
(2)栅栏 CyclicBarrier
(3)信号量 Semaphore
(4)交换器 Exchanger

1.闭锁CountDownLatch
让主线程等待一组事件发生后继续执行,事件指的是CountDownLatch里的countDown()方法
在这里插入图片描述
当所有的CountDown方法都执行完毕时,cnt为0,主线程就可以继续执行了

2.栅栏CyclicBarrier
等待其他线程,且会阻塞自己当前线程,所有线程必须同时到达栅栏位置后,才能执行;所有线程到达栅栏处,可以触发执行另外一个预先设置的线程
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当所有线程都await进行等待之后,cnt就会–,直到为0,预先设置的线程可以一起执行

3.信号量Semaphore
Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的线程个数
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通过Acquire去获取一个许可,如果没有就等待,一旦利用这个资源执行完业务逻辑之后,线程就会调用release方法去释放出许可

4.交换器Exchanger
交换器主要用于线程之间进行数据交换,它提供一个同步点,在这个同步点,两个线程可以交换彼此的数据。一个线程先到达同步点就会被阻塞,到另外一个线程也进入同步点为止,两个到达后就开始交换数据

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四、Collections的BlockingQueue
Collections除了之前博客中介绍的ConcurrentHashMap在前面的博客中讲过了,除了这个,重要的还有BlockingQueue了,接下来我们开始介绍BlockingQueue

1.BlockingQueue
提供了可阻塞的入队和出队操作,如果队列满了,入队操作将阻塞;如果队列空了,出队操作将堵塞

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BlockingQueue主要用于生产者-消费者模式,在多线程场景时生产者线程在队列尾部添加元素,而消费者线程则在队列头部消费元素,这样可达到任务的生产和消费进行隔离的目的

根据底层实现的不同,我们可以划分出多个Blocking Queue的子类

2.BlockingQueue的子类
(1)ArrayBlockingQueue:一个由数组结构组成的有界阻塞队列
有边界的必须在初始化时定义容量大小,以先进先出的方式去存储数据
(2)LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界/无界阻塞队列
它大小是可以指定的,也可以不指定,不指定就采用默认,也是先进先出
(3)PriorityBlockingQueue:一个支持优先级排序的无界阻塞队列
优先级为主的,而不是先进先出,元素按照优先级顺序被移除
(4)DealyQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列
是一个具有延迟取出的队列,当延迟期满,才能获取元素
(5)SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列
插入一个元素后就被堵塞,直到这个元素被其他进程消费掉
(6)LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列
是2,5的合体,性能比第2个更高,能存储更多的元素
(7)LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列
是一个双端队列,之前在Fork/Join那里讲过,是用的work-stealing算法实现的,每个消费者都有自己的双端队列,完成了就窃取其他消费者的队列末尾的任务

前三个和最后一个比较重要,需要重点掌握!

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