一览 JDK 并发包(J.U.C)

电玩女神 2022-12-05 15:13 117阅读 0赞

JDK 并发包的知识不像设计模式，设计模式的知识点是易懂难精，而 JDK 并发包尤其是从源码角度去看，刚开始比较难理解，但理解之后就可以拿去使用也不易忘记。

通过这次整理并发包的结构，越发觉得从学习到掌握知识需要有个过程。两三年前看到并发包里的类（接口）名大多不知道它们是干嘛的，而现在基本能明白包中 80% 的类（接口）是用来解决什么问题的。

这里顺带分享一个经验，就是很多学习编程的同学，喜欢一上来就看源码。当初我也是这样，并发包里的源码我看过两遍，第一遍硬着头皮基本啥也没看懂。看不懂源码最主要的一个原因就是，我都没能理解工具类怎么用，怎么可能看懂 Doug Lea 为什么这么写？

学习源码的一般思路是，先熟练使用，再深入带着问题深入研究源码是如何实现功能的，由点及面，窥得整个源码的全貌。

学习 JDK 并发工具包，最好把数组、链表、队列这些数据结构理解透彻，不然这块源码会非常难看懂。

整理的 JDK 1.8 java.util.concurrent 包下大部分类和接口的作用，如下：

**原子类**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>AtomicBoolean</td> 
   <td colspan="1">可原子更新的 Boolean</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AtomicInteger</td> 
   <td colspan="1">可原子更新的 Integer</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AtomicIntegerArray</td> 
   <td colspan="1">可原子更新元素的 int 数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicIntegerFieldUpdater</td> 
   <td colspan="1">基于反射可原子更新类中的 Integer 成员属性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AtomicLong</td> 
   <td colspan="1">可原子更新的 Long</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicLongArray</td> 
   <td colspan="1">可原子更新元素的 int 数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicLongFieldUpdater</td> 
   <td colspan="1">基于反射可原子更新类中的 Long&nbsp;成员属性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicMarkableReference</td> 
   <td colspan="1">带&nbsp;boolean 标记可原子更新对象，多了 boolean 类型的 mark，可解决 ABA 问题</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicReference</td> 
   <td colspan="1">可原子更新对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicReferenceArray</td> 
   <td colspan="1">可原子更新对象数组元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">AtomicReferenceFieldUpdater</td> 
   <td colspan="1">基于反射可原子更新类中的成员属性对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AtomicStampedReference</td> 
   <td colspan="1">带有版本戳可原子更新对象，基于 int 版本戳，可以解决 ABA 问题</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DoubleAccumulator</td> 
   <td colspan="1">DoubleAdder 的增强版，支持定义计算函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DoubleAdder</td> 
   <td colspan="1">Double&nbsp;累加器，中途&nbsp;sum可能存在误差，保证结果最终一致，高并发下用 cell 数组把线程分组计算更新</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LongAccumulator</td> 
   <td colspan="1">LongAdder 的增强版，支持定义计算函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LongAdder</td> 
   <td colspan="1">Long 累加器，中途 sum 可能存在误差，保证结果最终一致，高并发下用 cell 数组把线程分组计算更新，高并发下性能比 AtomicLong 好，但空间复杂度高</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Striped64</td> 
   <td colspan="1">LongAdder、LongAccumulator、DoubleAdder、DoubleAccumulator，通过 cell 数组把线程分组计算更新的底层实现</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**锁**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Lock</td> 
   <td>显式锁定义顶层接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;ReentrantLock</td> 
   <td>可重入锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ReadWriteLock</td> 
   <td>读写锁接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;ReentrantReadWriteLock</td> 
   <td>可重入读写锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>StampedLock</td> 
   <td>解决读写锁的写饥饿问题，支持写锁、悲观读锁和乐观读，乐观读是无所得允许一个线程获取写锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Condition</td> 
   <td>通过 Lock.newCondition 获取，完成等待与唤醒</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LockSupport</td> 
   <td>线程阻塞工具类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AbstractOwnableSynchronizer</td> 
   <td>设置和获取独占锁的拥有者线程，供子类使用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;AbstractQueuedSynchronizer</td> 
   <td>大名鼎鼎的 AQS，自定义同步器框架，ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 等都是基于此实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;AbstractQueuedLongSynchronizer</td> 
   <td>AQS 的子类，state 为 long，支持 64 位，其他与 AQS&nbsp;无区别</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**线程池**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Executor</td> 
   <td>线程池顶层接口，提交可运行任务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;ExecutorService</td> 
   <td>提供停止线程池、提交带结果的任务等方法的线程池接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;AbstractExecutorService</td> 
   <td>ExecutorService 的默认实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ForkJoinPool</td> 
   <td>支持任务窃取与拆分的线程池</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ThreadPoolExecutor</td> 
   <td>线程池的实现类，可通过构造方法与不公参数创建自己想要的线程池</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ScheduledExecutorService</td> 
   <td>可延迟或周期执行任务的线程池接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;└&nbsp;ScheduledThreadPoolExecutor</td> 
   <td>可延迟或周期执行任务的线程池，也是&nbsp;ThreadPoolExecutor 的子类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Executors</td> 
   <td>各种线程池的创建、任务类型的转换等功能的工具类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Callable</td> 
   <td>带返回结果的任务的接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Future</td> 
   <td>表示异步计算结果的接口，检查计算是否完成，等待计算完成，等待获取结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;ForkJoinTask</td> 
   <td>ForkJoinPool 的任务，比线程更轻量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;CountedCompleter</td> 
   <td>在触发完成动作时,检查有没有挂起动作,若没有则执行一个完成动作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;RecursiveAction</td> 
   <td>在 ForkJoinPool 任务拆分递归中，无结果的 ForkJoinTask，始终返回 null</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;RecursiveTask</td> 
   <td>在 ForkJoinPool 任务拆分递归中，有结果的 ForkJoinTask</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;RunnableFuture</td> 
   <td>Runnable、Future 的子接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;FutureTask</td> 
   <td>一种可取消的异步计算任务，同时支持阻塞获取任务结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;ScheduledFuture</td> 
   <td>可延迟、取消的&nbsp;Future 的接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;RunnableScheduledFuture</td> 
   <td>RunnableFuture、ScheduledFuture 的子接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CompletionService</td> 
   <td>异步任务执行完成有序化接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;ExecutorCompletionService</td> 
   <td>CompletionService 的实现，线程池 Executor 和阻塞队列 BlockingQueue 的功能融合，让异步任务有序化，先执行完成的先进入阻塞队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CompletionStage</td> 
   <td>接口定义了线程完成阶段可以采用的不同执行方式，如异步，合并等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;CompletableFuture</td> 
   <td>计算完成，可设置值与状态、支持触发依赖函数和依赖操作，也是 Future 的子类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RejectedExecutionHandler</td> 
   <td>线程池拒绝策略接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;AbortPolicy</td> 
   <td>拒绝任务，抛出异常策略</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;CallerRunsPolicy</td> 
   <td>提交任务的线程直接运行拒绝的任务的策略</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;DiscardOldestPolicy</td> 
   <td>丢弃最早的任务，提交新任务策略</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;&nbsp;DiscardPolicy</td> 
   <td>直接丢掉被拒绝的任务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ThreadFactory</td> 
   <td>线程工厂接口，用于线程池创建线程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ForkJoinWorkerThread</td> 
   <td>被&nbsp;ForkJoinPool 管理，执行 ForkJoinTask 任务的线程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TimeUnit</td> 
   <td>时间单位枚举</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Delayed</td> 
   <td>标记&nbsp;delay 的接口</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**可并发的数据结构**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Collection</td> 
   <td>集合接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;Queue</td> 
   <td>队列接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ConcurrentLinkedQueue</td> 
   <td colspan="1">基于单向链表实现的并发队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;BlockingQueue</td> 
   <td>阻塞队列接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ArrayBlockingQueue</td> 
   <td>基于数组实现的阻塞队列,支持有界</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;LinkedBlockingQueue</td> 
   <td>基于单向链表实现的阻塞队列,支持有界</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;DelayQueue</td> 
   <td>无界阻塞延迟队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;PriorityBlockingQueue</td> 
   <td>支持优先级的无界阻塞队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;SynchronousQueue</td> 
   <td>直接将元素交给等待中的消费者，无等待的消费者，插入元素阻塞，无容量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;TransferQueue</td> 
   <td>BlockingQueue 和&nbsp;SynchronousQueue 的整合，可以在队列阻塞，也可以阻塞在等待消费者</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;LinkedTransferQueue</td> 
   <td>ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue（公平模式）和LinkedBlockingQueue 的 超集，性能更高</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>‍&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;Deque</td> 
   <td>双端队列接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;BlockingDeque</td> 
   <td>阻塞双端队列接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ConcurrentLinkedDeque</td> 
   <td>基于双向链表的无界并发双端队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;List</td> 
   <td>有序集合接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>‍&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;CopyOnWriteArrayList</td> 
   <td>基于数组写入时可并发有序集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;Set</td> 
   <td>元素不重复集合接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>‍&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;CopyOnWriteArraySet</td> 
   <td>基于数组写入时可并发元素不重复集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>‍&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ConcurrentSkipListSet</td> 
   <td>基于&nbsp;ConcurrentSkipListMap 实现的可并发元素不重复集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Map</td> 
   <td>键值对集合接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>└&nbsp;ConcurrentMap</td> 
   <td>可并发的键值对集合接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>‍&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ConcurrentHashMap</td> 
   <td>基于 hash 与分段锁，可并发的键值对集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>‍&nbsp; &nbsp;&nbsp;└&nbsp;ConcurrentNavigableMap</td> 
   <td>可搜索导航的并发键值对集合接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;└&nbsp;ConcurrentSkipListMap</td> 
   <td>基于跳表实现的可搜索导航的并发键值对集合</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**工具**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Semaphore</td> 
   <td>信号量，与锁最大的不同在于，允许多个线程访问一个临界区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CyclicBarrier</td> 
   <td>循环栅栏，可循环利用的屏障，允许一组线程全部等待对方到达一个公共屏障点再一起执行</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CountDownLatch</td> 
   <td>一个或多个线程等待其他线程的操作完成</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Exchanger</td> 
   <td>两个工作线程在交换点交换数据的工具类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ThreadLocalRandom</td> 
   <td>本地线程的生成随机数工具类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Phaser</td> 
   <td>可重用的同步屏障，比 CyclicBarrier、CountDownLatch 灵活</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**异常**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>TimeoutException</td> 
   <td>阻塞操作超时异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CompletionException</td> 
   <td>完成结果或任务过程引发的异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>BrokenBarrierException</td> 
   <td>线程试图等待处于中断状态的屏障 或&nbsp;线程等待时进入中断状态，抛出的异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CancellationException</td> 
   <td>获取值的任务被 cancel&nbsp;异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">ExecutionException</td> 
   <td colspan="1">获取任务结果，引发异常，导致中止</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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[Redis]: https://www.javanav.com/interview/066c62b3af4d4827b2243a822c3084a9.html
[Dubbo]: https://www.javanav.com/interview/9a3e7a7740324757abaab953f7ebc455.html