juc基础（二）

向右看齐 2023-10-15 08:26 18阅读 0赞

**目录**

一、集合的线程安全

1、List集合

2、hashset

3、hashmap

二、多线程锁

三、Callable&Future 接口

1、Callable接口

2、Future 接口

3、FutureTask

四、JUC 三大辅助类

1、减少计数 CountDownLatch

2、 循环栅栏 CyclicBarrier

3、信号灯 Semaphore

--------------------

## 一、**集合的线程安全**  ##

### **1、List集合** ###

List是线程不安全的，下面的例子运行时会报错

/**
     * 集合线程安全案例
     */
    public class NotSafeDemo {
        /**
         * 多个线程同时对集合进行修改
         *
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            List list = new ArrayList();
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                new Thread(() -> {
                    list.add(UUID.randomUUID().toString());
                    System.out.println(list);
                }, "线程" + i).start();
            }
        }
    }

异常内容

java.util.ConcurrentModificationException

**问题: 为什么会出现并发修改异常?**

查看 ArrayList 的 add 方法源码发现并没有使用锁

![bc101f769a1d433884c98b6c50c44db0.png][]

三个解决方案

**① vector**

List<String> list = new Vector<>();

**② Collections**

List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

**③ CopyOnWriteArrayList**

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

### 2、hashset ###

//演示Hashset
            Set<String> set = new HashSet<>();
    
            for (int i = 0; i <30; i++) {
                new Thread(()->{
                    //向集合添加内容
                    set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                    //从集合获取内容
                    System.out.println(set);
                },String.valueOf(i)).start();
            }

![f99dae07c2f54c8db793b02accb10ff9.png][]

解决方案

Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

### 3、hashmap ###

//演示HashMap
            Map<String,String> map = new HashMap<>();
    
            for (int i = 0; i <30; i++) {
                String key = String.valueOf(i);
                new Thread(()->{
                    //向集合添加内容
                    map.put(key,UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                    //从集合获取内容
                    System.out.println(map);
                },String.valueOf(i)).start();
            }

![7b2c2e220cfa4b52b0a9d8c391224bc3.png][]

解决方案

Map<String,String> map = new ConcurrentHashMap<>();

> **小结(重点)** 
> 
> **1.线程安全与线程不安全集合** 
> 
> 集合类型中存在线程安全与线程不安全的两种,常见例如: 
> 
> ArrayList ----- Vector 
> 
> HashMap -----HashTable 
> 
> 但是以上都是通过 synchronized 关键字实现,效率较低 
> 
> **2.Collections 构建的线程安全集合** **3.java.util.concurrent 并发包下** 
> 
> CopyOnWriteArrayList CopyOnWriteArraySet 类型,通过动态数组与线程安 
> 
> 全个方面保证线程安全

## 二、**多线程锁**  ##

锁的八个问题演示

class Phone {
    
        public static synchronized void sendSMS() throws Exception {
            //停留4秒
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
            System.out.println("------sendSMS");
        }
    
        public synchronized void sendEmail() throws Exception {
            System.out.println("------sendEmail");
        }
    
        public void getHello() {
            System.out.println("------getHello");
        }
    }
    
    /**
     * @Description: 8锁
     *
    1 标准访问，先打印短信还是邮件
    ------sendSMS
    ------sendEmail
    
    2 停4秒在短信方法内，先打印短信还是邮件
    ------sendSMS
    ------sendEmail   --前两个锁的是对象
    
    3 新增普通的hello方法，是先打短信还是hello
    ------getHello
    ------sendSMS
    
    4 现在有两部手机，先打印短信还是邮件
    ------sendEmail
    ------sendSMS     --不同对象锁自己
    
    5 两个静态同步方法，1部手机，先打印短信还是邮件
    ------sendSMS
    ------sendEmail
    
    6 两个静态同步方法，2部手机，先打印短信还是邮件
    ------sendSMS
    ------sendEmail   -- 5和6锁的是当前对象的Class
    
    7 1个静态同步方法,1个普通同步方法，1部手机，先打印短信还是邮件
    ------sendEmail
    ------sendSMS
    
    8 1个静态同步方法,1个普通同步方法，2部手机，先打印短信还是邮件
    ------sendEmail
    ------sendSMS
    
     */
    
    public class Lock_8 {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    
            Phone phone = new Phone();
            Phone phone2 = new Phone();
    
            new Thread(() -> {
                try {
                    phone.sendSMS();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, "AA").start();
    
            Thread.sleep(100);
    
            new Thread(() -> {
                try {
                   // phone.sendEmail();
                   // phone.getHello();
                    phone2.sendEmail();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }, "BB").start();
        }
    }

> **结论****:** 
> 
> （1）一个对象里面如果有多个  synchronized  方法，某一个时刻内，只要一个线程去调用其中的 
> 
> 一个  synchronized  方法了，其它的线程都只能等待，换句话说，某一个时刻内，只能有唯一一个线程去访问这些 synchronized 方法 
> 
> 锁的是**当前对象**  **this** ，被锁定后，其它的线程都不能进入到当前对象的其它的 synchronized 方法 
> 
> （2）加个普通方法后发现和同步锁无关 
> 
> （3）换成两个对象后，不是同一把锁了，情况立刻变化。 
> 
> synchronized  实现同步的基础： Java  中的每一个对象都可以作为锁。 
> 
> **具体表现为以下**  **3**  **种形式。** 
> 
> **对于普通同步方法，锁是当前实例对象。** 
> 
> **对于静态同步方法，锁是当前类的**  **Class**  **对象。** 
> 
> **对于同步方法块，锁是**  **Synchonized**  **括号里配置的对象** 
> 
> 当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。 
> 
> 也就是说如果一个实例对象的非静态同步方法获取锁后，该实例对象的其他非静态同步方法必须等待获取锁的方法释放锁后才能获取锁， 
> 
> 可是别的实例对象的非静态同步方法因为跟该实例对象的非静态同步方法用的是不同的锁， 所以毋须等待该实例对象已获取锁的非静态同步方法释放锁就可以获取他们自己的锁。 
> 
> 所有的静态同步方法用的也是同一把锁——类对象本身，这两把锁是两个不同的对象，所以静态同步方法与非静态同步方法之间是不会有竞态条件的。 
> 
> 但是一旦一个静态同步方法获取锁后，其他的静态同步方法都必须等待该方法释放锁后才能获取锁，而不管是同一个实例对象的静态同步方法之间，还是不同的实例对象的静态同步方法之间，只要它们同一个类的实例对象！

## **三、Callable&Future 接口**  ##

### 1、Callable接口 ###

**Callable 接口的特点如下(重点)**

*  为了实现 Runnable，需要实现不返回任何内容的 run（）方法，而对于Callable，需要实现在完成时返回结果的 call（）方法。 
 *  call（）方法可以引发异常，而 run（）则不能。 
 *  为实现 Callable 而必须重写 call 方法 
 *  不能直接替换 runnable,因为 Thread 类的构造方法根本没有 Callable

创建新类 MyThread 实现 runnable 接口
    class MyThread implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
        }
    }
    
    新类 MyThread2 实现 callable 接口
    class MyThread2 implements Callable<Integer>{
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            return 200;
        }
    }

### 2、**Future 接口**  ###

当 call（）方法完成时，结果必须存储在主线程已知的对象中，以便主线程可以知道该线程返回的结果。为此，可以使用 Future 对象。将 Future 视为保存结果的对象–**它可能暂时不保存结果，但将来会保存（一旦 Callable 返回）**。Future 基本上是主线程可以跟踪进度以及其他线程的结果的

一种方式。要实现此接口，必须重写 5 种方法，这里列出了重要的方法,如下:

*  **public boolean cancel（boolean mayInterrupt）：**用于停止任务。

==如果尚未启动，它将停止任务。如果已启动，则仅在 mayInterrupt 为 true时才会中断任务。==

*  **public Object get（）抛出 InterruptedException，ExecutionException：** 用于获取任务的结果。

==如果任务完成，它将立即返回结果，否则将等待任务完成，然后返回结果。 ==

*  **public boolean isDone（）：**如果任务完成，则返回 true，否则返回 false

可以看到 Callable 和 Future 做两件事-Callable 与 Runnable 类似，因为它封装了要在另一个线程上运行的任务，而 Future 用于存储从另一个线程获得的结果。实际上，future 也可以与 Runnable 一起使用。

要创建线程，需要 Runnable。为了获得结果，需要 future。

### 3、**FutureTask**  ###

Java 库具有具体的 FutureTask 类型，该类型实现 Runnable 和 Future，并方便地将两种功能组合在一起。 可以通过为其构造函数提供 Callable 来创建 FutureTask。然后，将 FutureTask 对象提供给 Thread 的构造函数以创建 Thread 对象。因此，**间接地使用 Callable 创建线程。**

> **核心原理:(重点)** 
> 
> 在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给 Future 对象在后台完成 
> 
> •  当主线程将来需要时，就可以通过 Future 对象获得后台作业的计算结果或者执行状态
> 
> •  一般 FutureTask 多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。 
> 
> •  仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法 
> 
> •  一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算 
> 
> •  get 方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态，然后会返回结果或者抛出异常 
> 
> •  get 只计算一次,因此 get 方法放到最后

demo

//比较两个接口
    //实现Runnable接口
    class MyThread1 implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
    
        }
    }
    
    //实现Callable接口
    class MyThread2 implements Callable {
    
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come in callable");
            return 200;
        }
    }
    
    public class Demo1 {
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
            //Runnable接口创建线程
            new Thread(new MyThread1(),"AA").start();
    
            //Callable接口,报错
           // new Thread(new MyThread2(),"BB").start();
    
            // Thread没有传递参数为callable的方法，那么如何使用callable？
            // 找一个中间人，既认识Runnable又认识Callable的就可以了————FutureTask
            //FutureTask除了实现了Future接口以外，FutureTask还实现了Runnable接口
            FutureTask<Integer> futureTask1 = new FutureTask<>(new MyThread2());
    
            //lam表达式 callable接口是函数式接口，可以简化
            FutureTask<Integer> futureTask2 = new FutureTask<>(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come in callable");
                return 1024;
            });
    
            //创建一个线程
            new Thread(futureTask2,"lucy").start();
            new Thread(futureTask1,"mary").start();
    
    //        while(!futureTask2.isDone()) {
    //            System.out.println("wait.....");
    //        }
            //调用FutureTask的get方法
            System.out.println(futureTask2.get());
    
            System.out.println(futureTask1.get());
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come over");
            //FutureTask原理  未来任务
            /**
             * 1、老师上课，口渴了，去买票不合适，讲课线程继续。
             *   单开启线程找班上班长帮我买水，把水买回来，需要时候直接get
             *
             * 2、4个同学， 1同学 1+2...5   ，  2同学 10+11+12....50， 3同学 60+61+62，  4同学 100+200
             *      第2个同学计算量比较大，
             *     FutureTask单开启线程给2同学计算，先汇总 1 3 4 ，最后等2同学计算位完成，统一汇总
             *
             * 3、考试，做会做的题目，最后看不会做的题目
             *
             * 汇总一次
             *
             */
    
        }
    }

> **小结**
> 
> •  在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给 Future 对象在后台完成, 当主线程将来需要时，就可以通过 Future 对象获得后台作业的计算结果或者执行状态•  一般 FutureTask 多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去 获取结果 
> 
> •  仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法。一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算。get 方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态，然后会返回结果或者抛出异常。 
> 
> •  只计算一次

## 四、**JUC 三大辅助类**  ##

JUC 中提供了三种常用的辅助类，通过这些辅助类可以很好的解决线程数量过

多时 Lock 锁的频繁操作。这三种辅助类为：

*  CountDownLatch: 减少计数 
 *  CyclicBarrier: 循环栅栏 
 *  Semaphore: 信号灯

### 1、**减少计数 CountDownLatch** ###

CountDownLatch 主要有两个方法，当一个或多个线程调用 await 方法时，这 些线程会阻塞

•  其它线程调用 countDown 方法会将计数器减 1(调用 countDown 方法的线程不会阻塞)

•  当计数器的值变为 0 时，因 await 方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行

**场景: 6 个同学陆续离开教室后值班同学才可以关门。**

//演示 CountDownLatch
    public class CountDownLatchDemo {
        //6个同学陆续离开教室之后，班长锁门
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
            //创建CountDownLatch对象，设置初始值
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
    
            //6个同学陆续离开教室之后
            for (int i = 1; i <=6; i++) {
                new Thread(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 号同学离开了教室");
    
                    //计数  -1
                    countDownLatch.countDown();
    
                },String.valueOf(i)).start();
            }
    
            //等待
            countDownLatch.await();
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 班长锁门走人了");
        }
    }

### **2、** **循环栅栏 CyclicBarrier**  ###

CyclicBarrier 的构造方法第一个参数是目标障碍数，每次执行 CyclicBarrier 一次障碍数会加一，如果达到了目标障碍数，才会执行 cyclicBarrier.await()之后的语句。可以将 CyclicBarrier 理解为加 1 操作

**场景: 集齐 7 颗龙珠就可以召唤神龙**

/*
     * CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。
     * 它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，
     * 屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。
     * CyclicBarrier 默认的构造方法是 CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，
     * 每个线程调用 await 方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。
     */
    //集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
    public class CyclicBarrierDemo {
    
        //创建固定值
        private static final int NUMBER = 7;
    
        public static void main(String[] args) {
            //创建CyclicBarrier
            CyclicBarrier cyclicBarrier =
                    new CyclicBarrier(NUMBER,()->{
                        System.out.println("*****集齐7颗龙珠就可以召唤神龙");
                    });
    
            //集齐七颗龙珠过程
            for (int i = 1; i <=7; i++) {
                new Thread(()->{
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 星龙被收集到了");
                        //等待
                        cyclicBarrier.await();
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

### 3、**信号灯 Semaphore** ###

Semaphore 的构造方法中传入的第一个参数是最大信号量（可以看成最大线程池），每个信号量初始化为一个最多只能分发一个许可证。使用 acquire 方法获得许可证，release 方法释放许可

**场景: 抢车位, 6 部汽车 3 个停车位**

//6辆汽车，停3个车位
    public class SemaphoreDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Semaphore，设置许可数量
            Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
    
            //模拟6辆汽车
            for (int i = 1; i <=6; i++) {
                new Thread(()->{
                    try {
                        //抢占
                        semaphore.acquire();
    
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 抢到了车位");
    
                        //设置随机停车时间
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(5));
    
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ------离开了车位");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        //释放
                        semaphore.release();
                    }
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

[bc101f769a1d433884c98b6c50c44db0.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/bc101f769a1d433884c98b6c50c44db0.png
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[7b2c2e220cfa4b52b0a9d8c391224bc3.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/7b2c2e220cfa4b52b0a9d8c391224bc3.png