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Java并发编程是指在Java中通过多线程技术让程序能够同时执行多个任务。通过并发编程,Java程序可以提高性能,尤其是在需要处理大量数据或多个任务时。Java并发编程有多种方式,可以通过直接使用 Thread
类、Runnable
接口、以及 Executor
框架来实现。以下是一些关键概念和技术:
1. 线程和线程池
- Thread: Java中的线程是通过
Thread
类来表示的,可以通过继承Thread
类或实现Runnable
接口来定义任务。 - Executor: 为了更好地管理线程池,Java提供了
Executor
接口及其实现类,如ExecutorService
。通过线程池可以重用已创建的线程,避免了频繁创建和销毁线程的开销。
2. 锁机制
- synchronized: 通过
synchronized
关键字来实现同步,保证同一时刻只有一个线程可以执行被synchronized
修饰的方法或代码块。它可以用在实例方法、静态方法或代码块上。 - ReentrantLock:
ReentrantLock
是java.util.concurrent.locks
包下的一个锁实现,比synchronized
更加灵活,可以进行尝试锁定、定时锁等。
3. 并发工具类
- CountDownLatch: 用于使一个或多个线程等待直到其他线程完成各自的任务。
- CyclicBarrier: 用于使一组线程互相等待,直到所有线程都到达某个共同的屏障点。
- Semaphore: 用于控制访问特定资源的线程数量,类似于数据库的连接池。
- BlockingQueue: 是一个线程安全的队列,通常用于生产者-消费者模型。
4. 原子操作
- Atomic类:
java.util.concurrent.atomic
包提供了原子变量类,例如AtomicInteger
、AtomicBoolean
等,它们可以确保对变量的原子性操作,避免使用synchronized
带来的性能开销。
5. 线程安全集合
- Concurrent Collections: Java提供了一些线程安全的集合类,例如
ConcurrentHashMap
、CopyOnWriteArrayList
,它们在多线程环境中可以安全使用。
6. Future和Callable
- Callable: 与
Runnable
类似,但它可以返回一个结果或抛出异常。通常与ExecutorService.submit()
一起使用。 - Future: 表示异步计算的结果,
Future.get()
方法可以用来获取任务执行的结果,它是阻塞的,直到任务完成。
7. 并行流
Java 8引入了流(Stream)API,并且可以通过 parallelStream()
方法来实现并行操作,简化了并行编程的复杂性。