1.Callable接口

Callable是一个接口,把线程封装了一个"返回值",方便程序员借助多线程的方式计算结果.

类似于Runnable,是用来描述一个任务,区别就是Runnable描述的任务没有返回值,而Callable描述的任务有返回值

看这个例子

创建线程计算 1 + 2 + 3 + ... + 1000, 不使用 Callable 版本

public class Test {
    static class Result {
        public int sum = 0;
        public Object lock = new Object();
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Result result = new Result();
        Thread t = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                int sum = 0;
                for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
                    sum += i;
                }
                synchronized (result.lock) {
                    result.sum = sum;
                    result.lock.notify();
                }
            }
        };
        t.start();
        synchronized (result.lock) {
            while (result.sum == 0) {
                result.lock.wait();
            }
            System.out.println(result.sum);
        }
    }

}

使用Runnable来描述任务,没有返回值,这里使用了一个辅助类result,还需要使用一些加锁和wait,notify操作,比较复杂易出错

我们使用Callable来解决这个问题

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                int sum = 0;
                for (int i = 1; i <= 1000 ; i++) {
                    sum+=i;
                }
                return sum;
            }
        };
创建线程, 线程的构造方法传入 FutureTask . 此时新线程就会执行 FutureTask 内部的 Callable 的 call 方法, 完成计算. 计算结果就放到了 FutureTask 对象中
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        Thread t = new Thread(futureTask);
        t.start();
在主线程中调用 futureTask.get() 能够阻塞等待新线程计算完毕. 并获取到 FutureTask 中的结
果. 

        Integer result = futureTask.get();
        System.out.println(result);
    }

call方法就相当于Runnable的run方法,只不过call方法会返回一个泛型返回值,run返回void

创建好任务后,需要一个线程来执行,但是这里不能把callable直接传入Thread的构造方法中,需要给它套上一个辅助类

FutureTask实现了RunnableFuture<V>接口，RunnableFuture<V>接口继承了Runnable, Future<V>

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>{
        ...
}
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

FutureTask既是Runnable对象，也是Future对象。Future是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果、设置结果操作，get方法会阻塞，直到任务返回结果

get方法就是获取结果.get会发生阻塞,直到callable执行完毕,get才阻塞完成,获取到结果

Callable也是创建线程的一种方式

2.ReentrantLock

ReentrantLock是标准库提供的另一种锁,是可重入锁

synchronized是基于代码块的方式加锁解锁的

ReentrantLock比较传统,使用了lock和unlock方式加锁解锁

ReentrantLock 的用法:

lock(): 加锁, 如果获取不到锁就死等.

trylock(超时时间): 加锁, 如果获取不到锁, 等待一定的时间之后就放弃加锁.

unlock(): 解锁

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

在lock和unlock之间就是加锁的部分,但是这样写有可能unlock执行不到,加锁的代码块中间如果存在return或者异常都可能导致unlock不能顺利进行

或者在return之前加上unlock,但是如果这种条件语句很多,那么就会很麻烦,此时用finally来解决

上述是ReentrantLock的劣势,但是它也是有优势的

1.ReentrantLock提供了公平锁版本的实现

2.synchronized提供的加锁操作是"死等",只要获取不到锁就一直等待,ReentrantLock提供了更灵活的等待方式:tryLock

无参数版本:能加锁就加,加不上锁就放弃

有参数版本:指定了超时时间,加不上锁就等待,如果超时了还没获取到锁就放弃

3.ReentrantLock提供了一个更强大,更方便的等待通知机制.

synchronized搭配的是waitnotify,notify的时候是随机唤醒一个wait的线程

ReentrantLock搭配一个Condition类,进行唤醒的时候可以唤醒指定的线程

虽然ReentrantLock有一定的优势,但是实际开发常用的是synchronized

3.信号量Semaphore

操作系统中的信号量和此处的信号量是相同的,只不过此处的信号量是Java把操作系统原生的信号量封装了一下

信号量本质是一个"计数器",用于描述可用资源的个数

就相当于停车场的入口的显示牌,有多少个车位可用!如果车位满了,那么牌子就是显示可用为0.那么再想要停车,就只能换地方,或者等待.

围绕这个计数器有两个操作:

P操作:申请一个可用资源,计数器就-1

V操作:释放一个可用资源,计数器就+1

P操作如果要是计数器为0了,继续P操作,就会阻塞等待

P操作使用acquire申请

V操作使用release释放

考虑一个计数初始值为1的信号量,针对这个值,只能有1和0两个取值,不会是负值.

如果执行P操作,1->0

如果执行V操作,0->1

如果进行一次P操作了,再进行一次P操作,就会阻塞等待

那么根据这个特性我们很容易联想到锁(锁可以视为计数器为1的信号量,有两个取值,称为二元信号量)

锁是信号量的一种特殊情况,信号量是锁的一般表达

实际开发中信号量也会用到,比如说,图书馆中有某本书有20本,那么就可以用初始值为20的信号量.借书就P操作,还书就V操作.如果书为0了,再P操作就会阻塞等待!

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        semaphore.acquire();
        System.out.println("第一次P操作");

        semaphore.acquire();
        System.out.println("第二次P操作");

        semaphore.acquire();
        System.out.println("第三次P操作");

        semaphore.acquire();
        System.out.println("第四次P操作");
    }

申请了3个可用资源,当申请第四个就会阻塞等待,等到别的线程调用release释放可用资源,才能停止阻塞

无参版本是申请一个资源,带参数版本可以指定申请的资源数

代码中也可以使用Semaphore来实现类似于锁的功能,保证线程安全

4.CountDownLatch

同时等待 N 个任务执行结束

类似于跑步比赛，多个选手都就位，哨声响才同时出发,所有选手都通过终点，才公布成绩

跑步比赛开始时间都是相同的,但是结束时间是不明确的,为了衡量这个时间引入了CountDownLatch,主要提供了两个方法

1.await 方法,主线程来调用该方法,很多"a"为前缀的术语都表示异步.

同步和异步是相对的,同步:发送请求方自己主动等待响应结果

异步:发送请求方请求完就不管了,等有结果了,对方主动将结果推送出来

2.countDown表示冲过了终点线.

CountDown在构造的时候,指定一个计数器(选手的个数).例如,指定了四个选手进行比赛,初始情况下,调用await,就会阻塞,每个选手冲过终点后都会调用countDown方法,前三次调用countDown,await没有任何影响,第四次调用countDown,await就会被唤醒,返回,解除阻塞,此时认为整个比赛结束!

在开发中CountDownLatch也有很多应用场景,比如下载一个大的文件.使用多线程下载,把一个大的文件切分成多个小块儿的文件,安排多个线程分别下载,多线程下载,不是充分利用了多核CPU,而是充分利用了带宽(下载是IO操作,与CPU关系不大),此处就可以用CountDownLatch来区分是不是整体都下载完了