javaEE初阶——多线程（九）——JUC常见的类以及线程安全的集合类

news2024/12/23 15:30:48

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此篇文章与大家分享多线程专题的最后一篇文章:关于JUC常见的类以及线程安全的集合类
如果有不足的或者错误的请您指出!

- 3.JUC(java.util.concurrent)常见的类
- - 3.1Callable接口
  - 3.2 RentrantLock
  - - ReentrantLock提供了公平锁的实现
    - ReentrantLock提供了tryLock
    - Condition
  - 3.3 Semaphore
  - 3.4CountDownLatch
- 4.线程安全的集合类
- - 4.1多线程环境下使用ArrayList
  - - 4.1.1Collection.synchronizedList(new ArrayList)
    - 4.1.2CopyOnWriteArrayList
  - 4.2多线程使用队列
  - 4.3多线程使用哈希表

3.JUC(java.util.concurrent)常见的类

3.1Callable接口

Callable和Runnable一样,都是用来描述一个任务的
但是区别在于 ,用Callable描述的任务是有返回值的,而通过Runnable描述的任务是没有返回值的(即run方法的返回值是void)
通过Runnable,要想获取到"返回值",只能通过一些特定的手段
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但是这个方法,主线程和 t线程的耦合太大了
而Callable就是为了会更优雅的解决上面的问题

但是Thread并没有提供这样的构造方法
我们可以将callable传入FutureTask

3.2 RentrantLock

表示可重入的锁
相对于我们常用的Synchronized,ReentrantLock是"手动"进行加锁和解锁的

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        //加锁
        lock.lock();
        //解锁
        lock.unlock();
    }

但是这种就容易"漏掉"解锁操作,就会出现大问题,因此我们经常搭配finally使用
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既然这个这么麻烦,那还有存在的价值嘛??
实际上价值还是很大的

ReentrantLock提供了公平锁的实现

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如果传入true就是表示公平锁,传入false / 不传就是非公平锁

ReentrantLock提供了tryLock

所谓tryLock就是尝试加锁
如果在遇到锁已经被占有了,那就直接返回
而相比于synchronized则是阻塞等待
另外,除了直接返回外,tryLock还提供了带等待超时的版本

Condition

Synchronized是搭配 wait 和 notify使用
而ReentrantLock是搭配Condition使用
实际上Condition比wait和notify更加智能,因为它可以指定唤醒那个线程

3.3 Semaphore

表示信号量,用来表示"可用资源"的个数,本质上就是个计数器
围绕信号量主要有两个基本操作
(1)P操作,即申请资源,计数器 -1;
(2)V操作,即释放资源,计数器+1;
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但我们申请的资源超过信号量本身的大小们,就会阻塞等待,直到其他地方释放资源

那么当资源数目为1的话,就可以当成锁来使用了

因为如果信号量有0 1两个取值,此时就是"二元信号量",本质上就是一把锁

3.4CountDownLatch

表示同时等待多个线程结束
是一个比较实用的工具
当我们把一个任务拆解成多个线程来完成时,就可以利用这个工具类来判断,任务整体是否完成了
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此时的执行结果就是:

await会阻塞等待,一直到countDown调用的次数,和构造方法指定的次数一致的时候,await才会返回

而await不仅仅能够替代join,假设现在有1000个任务要交给4个线程来使用,那么如何判断1000个任务已经执行结束??就可以使用countDownLatch来判断

4.线程安全的集合类

原来的集合类.比如ArrayList,LinkedList,HashMap等等,都是线程不安全的
而Vector自带了synchronized,Stack继承了ector,HashTable也是自带的synchronized,在一定程度上是线程安全的

但是不能说太绝对,还是要具体情况具体分析就比如可能出现下面这种情况:

就比如上述代码,线程1执行到if条件判断后,线程2把vector给清空了,就会出现bug

如果需要用到其他的类,就需要手动加锁,来保证线程安全,但不同情况下加锁的情况是不一样的,手动加锁是比较麻烦的

标准库就提供了一些具体的解决方法

4.1多线程环境下使用ArrayList

4.1.1Collection.synchronizedList(new ArrayList)

这种方法就相当于给这些集合类套了一层壳,壳上对集合类里面的一些关键方法加上了锁,起到了类似Vector的效果

4.1.2CopyOnWriteArrayList

利用的是"写时拷贝"的思想
假设我们现在有一组数据为1 2 3 4,此时某个线程对数据进行了修改,就把2 修改成200,3修改成300,但是在修改的时候有别到线程在读,如果直接修改就有可能出现2,300这样的中间数据
而写时拷贝就是将原来的数据集拷贝一份,这样修改的时候是在新拷贝的数据集上修改的,而读的时候是在旧的数据集上读的
等到修改完后,就用新的数据集的引用代替原来旧的数据集的引用
这样的过程中,不会出现任何加锁和阻塞等待,也保证读数据不会出现"错误的数据"

这种操作实际上实用性非常高,就比如有的服务器需要更新配置文件 / 数据文件,就可以采取上述策略

4.2多线程使用队列

直接使用BlockingQueue即可

4.3多线程使用哈希表

HashMap是线程不安全的,而HashTable是带锁的
但是实际上HashTable并不推荐使用
因为HashTable本质上就是简单粗暴将每一个方法都进行加锁,就相当于针对了this加锁,此时只要针对HashTable上的元素进行操作,就都会涉及到锁
推荐使用的是 ConcurrentHashTable
它的优点就在于:
(1)采用锁桶的方式,来代替之前的"全局一把锁"
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此时如果两个线程针对的是不同链表上的元素进行操作,是不会涉及到锁冲突的
而本身,操作两个链表上的元素,不涉及公共变量,是不会有线程安全问题的
进行这样的操作实际上收益是很多的
因为在一个Hash表里面,桶的数量是很多的,此时按照我们上面的操作进行加锁,大部分情况是可以避免锁冲突的