JUC中的常见类

本是古典何须时尚 2024-03-27 14:43 79阅读 0赞

一.ReentrantLock

ReentrantLock是juc包中提供的一种锁，用来保证线程安全，其相对于synchronized存在一些不同点

1.  上锁方式：ReentrantLock是手动进行上锁和解锁的，这就意味着相对于synchronized，reentrantlock更容易发生死锁现象，（当上锁之后，在解锁之前发生异常，这时候解锁无法进行，其他线程想要获取锁，这时候会发生死锁现象），为了避免死锁现象的产生，我们必须将reentrantLock上锁到解锁的代码放入trycatch finally代码块中，保证解锁的执行

ReentrantLock reentrantLock1 = new ReentrantLock();
            try {
                reentrantLock1.lock();
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                reentrantLock1.unlock();
            }

需要注意的是ReentrantLock()中有一个tryLock()方法，它有一定的等待时间，如果在等待时间内获取不到锁，就放弃索取该锁，去执行其他任务

2.相对于synchronized，其支持公平锁：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);

![9a5d2aac734727e02ed3ebd78620d909.png][]

3.阻塞和唤醒的方式：我们知道，synchronized使用的是Object类中的wait（）、notify（）和notifyall（）的方法进行阻塞和唤醒，而ReentrantLock进行阻塞和解锁的方式如下：

//创建对象
            ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);
            //需要手动进行上锁和解锁
            try {
                reentrantLock.lock();
                //创建condition对象
                Condition condition = reentrantLock.newCondition();
                condition.await();
                condition.signal();
                condition.signalAll();

reentrantLock对象利用newCondition（）方法，创建阻塞对象（在底层创建一个条件对象），使用其await（）、signal（）、和signalAll()方法进行阻塞和唤醒，但是synchronized在底层维护一个阻塞队列和就绪队列，但是ReentrantLock中的每一个condition对象都会维护一个阻塞队列，不同线程会根据条件的不同进入不同的阻塞队列，最终维护一个就绪队列和多个阻塞队列

![442cb110bc08e929b9b1f9340eba7d0c.png][]

4.ReentrantLock支持读写锁：我们可以利用ReentrantReadWriteLock类创建读锁和写锁，其中读锁是共享锁，写锁是独占锁

ReentrantReadWriteLock reentrantReadWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
                //获取读锁
                ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = reentrantReadWriteLock.readLock();
                //获取写锁
                ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = reentrantReadWriteLock.writeLock();

二.原子类

原子类是利用CAS来来保证线程安全的实现方式，其性能要比加锁操作高很多

![a15970f826e4f78691d78d240eb83fe1.png][]

我们写以下代码来体会其作用：

public class TestAtomic {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
             Thread t1 =new Thread(()->{
                        for (int i=0;i<50000  ;++i){
                            atomicInteger.getAndIncrement();
                        }
                     });
             t1.start();
              Thread t2 =new Thread(()->{
                  for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                      atomicInteger.getAndIncrement();
                  }
                      });
              t2.start();
              t1.join();
              t2.join();
            System.out.println(atomicInteger);
        }
    }

![347f99e46d82dc9bd19f1328cf6f2ee0.png][]

其内部机制：利用CAS+自旋保证原子性

![2e0c0b089d660b158601b5e84bcf15e0.png][]

我们没有使用synchronized进行上锁，却没有产生原子性问题，所以它的作用就像它的名字一样：保持原子性，我们去说明其中的几个方法：

![f843cb8c389244d2505f36c6d0743107.png][]

三.JUC中的工具类

3.1 Semaphore(信号量)

semaphore用来记录可用资源的个数，在本质上说是一个计数器

可以把信号量想象成是停车场的展示牌: 当前有车位 100 个. 表示有 100 个可用资源.

当有车开进去的时候, 就相当于申请一个可用资源, 可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作)

当有车开出来的时候, 就相当于释放一个可用资源, 可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作)

如果计数器的值已经为 0 了, 还尝试申请资源, 就会阻塞等待, 直到有其他线程释放资源.

Semaphore 的 PV 操作中的加减计数器操作都是原子的, 可以在多线程环境下直接使用.

import java.util.concurrent.Semaphore;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /**
     * @author tongchen
     * @create 2023-02-08 16:06
     */
    public class SemaphoreTest {
        public static void main(String[] args) {
            //创建信号量
            Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
            //创建任务
         Runnable runnable=new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //消耗资源
                    try {
                        semaphore.acquire();
                        System.out.println( Thread.currentThread().getName()+"获取到资源了");
                        //执行任务
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在执行任务");
                        //释放资源
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放资源了");
                        semaphore.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
    
                }
            };
         //通过for循环不断创建线程
            for (int i = 0; i <10 ; i++) {
                 Thread thread=new Thread(runnable,i+"");
                 thread.start();
            }
    
    
        }
    }

3.2 CountDownLatch

同时等待 N 个任务执行结束.

好像跑步比赛，10个选手依次就位，哨声响才同时出发；所有选手都通过终点，才能公布成绩

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /**
     * @author tongchen
     * @create 2023-02-08 16:21
     */
    public class CountDownLatchTest {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            //创建10个任务
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
            Runnable runnable=new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //准备就绪
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"准备就绪");
                    //开始运行
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始运行");
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行结束");
                        countDownLatch.countDown();
    
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            };
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread thread=new Thread(runnable,"任务"+i);
                thread.start();
            }
            //等待任务全部执行结束
            countDownLatch.await();
            System.out.println("任务全部执行结束了......");
        }
    }

![a47b1939aac5359e867fb4763f4b7cb9.png][]

![7c06f5b47f394ad61ee81e2fcde408f2.png][]

3.3线程安全的集合类

当我们在多线程中使用集合类，同样会产生线程安全问题：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    
    /**
     * @author tongchen
     * @create 2023-02-08 16:34
     */
    public class ArraylistWithMultithreading {
        public static void main(String[] args) {
            //创建集合
            ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
            //创建任务并加入多线程
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                int x=i;
                Thread  thread=new Thread(()->{
                        arrayList.add(x);
                });
                thread.start();
                System.out.println(arrayList);
            }
            System.out.println("-----------------------");
            System.out.println(arrayList);
        }
    }

![6402f89350ac988d2e01f85f53220afe.png][]

我们如何解决集合类中的线程安全问题呢？

1.  手动加锁，使用synchronized包裹代码块或者使用reentrantlock手动加锁释放锁（一定要注意线程问题存在很多，我们在不同线程中进行读和写的操作都要记得加锁）

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Collections;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * @author tongchen
     * @create 2023-02-08 16:34
     */
    public class ArraylistWithMultithreading {
       static Object loker=new Object();
        public static void main(String[] args) {
            //创建集合
            ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
            List<Integer> list = Collections.synchronizedList(arrayList);
            ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
            CopyOnWriteArrayList<Integer> integers = new CopyOnWriteArrayList<>(arrayList);
            //创建任务并加入多线程
            for (int i = 0; i < 11; i++) {
    
    
                    int x=i;
                    Thread  thread=new Thread(()->{
    
                        reentrantLock.lock();
                            arrayList.add(x);
                        reentrantLock.unlock();
    
    
                    });
                thread.start();
                reentrantLock.lock();
                System.out.println(arrayList);
                reentrantLock.unlock();
    
            }
            System.out.println("-----------------------");
        }
    }

1.  使用vector等线程安全的集合

1.  使用工具类：使用Conllections类，将集合包裹

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Collections;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    
    /**
     * @author tongchen
     * @create 2023-02-08 16:34
     */
    public class ArraylistWithMultithreading {
       static Object loker=new Object();
        public static void main(String[] args) {
            //创建集合
            ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
            List<Integer> list = Collections.synchronizedList(arrayList);
            CopyOnWriteArrayList<Integer> integers = new CopyOnWriteArrayList<>(arrayList);
            //创建任务并加入多线程
            for (int i = 0; i < 11; i++) {
    
    
                    int x=i;
                    Thread  thread=new Thread(()->{
    
                            list.add(x);
    
    
                    });
                    thread.start();
    
    
                System.out.println(list);
            }
            System.out.println("-----------------------");
            System.out.println(list);
        }
    }

1.  使用CopyOnWriteArraylist

如果是读Arraylist，不需要进行加锁，但是如果是对ArrayList进行写操作时，

此时使用 CopyOnWriteArrayList就是把这个ArrayList'给复制了一份，先修改

副本，修改之后引用再指向副本，**保证修改的同时对于读操作是没有任何影响的，读的时候先读旧的版本，不会出现读到一个没修改完的中间状态，适用于多读少写的业务场景**

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Collections;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    
    /**
     * @author tongchen
     * @create 2023-02-08 16:34
     */
    public class ArraylistWithMultithreading {
       static Object loker=new Object();
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            //创建集合
            ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
            List<Integer> list = Collections.synchronizedList(arrayList);
            CopyOnWriteArrayList<Integer> integers = new CopyOnWriteArrayList<>(arrayList);
            //创建任务并加入多线程
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
                    int x=i;
                    Thread  thread=new Thread(()->{
    
                            integers.add(x);
    
    
                    });
                    thread.start();
                 
    
    
                System.out.println(integers);
            }
            System.out.println("-----------------------");
            System.out.println(integers);
        }
    }

[9a5d2aac734727e02ed3ebd78620d909.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/03760f55755c4279bde3183ea64da6fd.png
[442cb110bc08e929b9b1f9340eba7d0c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/16433f1a5bd84f8d81e2ec417120d79f.png
[a15970f826e4f78691d78d240eb83fe1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/84588e222ea64af08dbb67f8838e3a0d.png
[347f99e46d82dc9bd19f1328cf6f2ee0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/6d19ee471aee4eee9945ab55056bfb71.png
[2e0c0b089d660b158601b5e84bcf15e0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/691e4941c0154828aef52ec2ec1b108f.png
[f843cb8c389244d2505f36c6d0743107.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/ea6c5ae72d1941aa8733bd0267fca3b6.png
[a47b1939aac5359e867fb4763f4b7cb9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/6f3c87a789ed48c294c121853888b57c.png
[7c06f5b47f394ad61ee81e2fcde408f2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/b311a7e709b348ddae683dd982b3039e.png
[6402f89350ac988d2e01f85f53220afe.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/4434513c7feb4fc2992d813392402400.png