主要讲解Java常用的同步工具类,包括闭锁/FutureTask/信号量/栅栏,最后还对“创建线程的三种方式”进行简单的扫盲。
前言
《Java并发编程实战》这本书看到第五章了,里面的同步工具类感觉比较常用,就简单总结一下。不过在讲“同步工具类”前,大家需要对创建线程的三种方法非常清楚,如果这个不清楚的话,直接看示例可能不太懂,文章最后面有“创建线程的三种方式”内容,已经给Java小白扫盲,谁让楼哥是暖男呢。
同步工具类
闭锁
用途:可用于命令一组线程在同一个时刻开始执行某个任务,或者等待一组相关的操作结束,尤其适合计算并发执行某个任务的耗时。
public class CountDownLatchTest {
public void timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException {
final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);
final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads);
for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
Thread t = new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
// 阻塞,等待startGate.countDown()的执行
startGate.await();
try {
task.run();
} finally {
// 每次执行完毕后,计数器减1,表示有一个事件已经完成
endGate.countDown();
}
} catch(InterruptedException e) {
System.out.println("Throw Exception, e:" + e.toString());
}
}
};
// 启动线程
t.start();
}
long start = System.nanoTime();
System.out.println("打开闭锁");
startGate.countDown(); // 打开开关,进入startGate.await()后面的逻辑
endGate.await(); // 等待所有线程endGate.countDown()全部执行完毕
long end = System.nanoTime();
System.out.println("闭锁退出,共耗时" + (end-start));
}
class RunnableTask implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("当前线程为:" + Thread.currentThread().getName());
}
}
public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
CountDownLatchTest test = new CountDownLatchTest();
test.timeTasks(5, test.new RunnableTask());
}
}
// 输出:
// 打开闭锁
// 当前线程为:Thread-0
// 当前线程为:Thread-2
// 当前线程为:Thread-1
// 当前线程为:Thread-3
// 当前线程为:Thread-4
// 闭锁退出,共耗时1985771
里面的注释其实已经很清晰了,简单总结一下流程:
- 初始化startGate和endGate的计数器,分别为1和5;
- 开启5个线程,去执行RunnableTask任务;
- 5个线程启动后,会全部阻塞在startGate.await();
- 当调用startGate.countDown(),startGate计数器为0,线程阀门放开,开始一起去执行每个线程任务task.run();
- 每个线程执行完毕后,会调用endGate.countDown(),每调用一次,endGate的计数器减去1,线程执行过程中,主线程通过endGate.await()阻塞;
- 当所有线程执行完毕,endGate计数器为0,主线程endGate.await()阻塞放开,执行后面收尾流程,流程结束。
这个和Go的sync.WaitGroup,简直一毛一样啊!看来语言的设计,很多都差不多。
FutureTask
FutureTask也可以用作闭锁,它是通过Callabale来实现,相当于一种可以生成结果的Runnable,并且可以处于以下3种状态:等待状态,正在运行和运行完成。Future.get的行为取决于任务的状态,如果任务已经完成,那么get会立即返回结果,否则get将阻塞到任务进入完成状态,然后返回结果或者抛出异常。
@Data
@Service
public class Cat {
private String catName;
}
public class Preloader {
private final FutureTask<Cat> future = new FutureTask<Cat>(new Callable<Cat>() {
@Override
public Cat call() throws InterruptedException {
Cat cat = new Cat();
cat.setCatName("罗小黑");
for (int i = 1; i <= 5; i ++) {
// 睡眠1秒,方便大家看执行效果
Thread.sleep(1000L);
System.out.println("Sleep " + i + " 秒");
}
return cat;
}
});
private final Thread thread = new Thread(future);
public void start() {
System.out.println("启动Start");
thread.start();
}
public Cat get() throws ExecutionException, InterruptedException {
Cat cat = null;
try {
System.out.println("开始获取数据!");
// 阻塞,等待线程执行完毕
cat = future.get();
System.out.println("获取数据成功!");
} catch (ExecutionException e) {
// 异常处理,省略...
}
return cat;
}
public static void main(String args[]) throws ExecutionException, InterruptedException {
Preloader preloader = new Preloader();
preloader.start();
Cat cat = preloader.get();
System.out.println(cat.toString());
}
}
// 输出:
// 启动Start
// 开始获取数据!
// Sleep 1 秒
// Sleep 2 秒
// Sleep 3 秒
// Sleep 4 秒
// Sleep 5 秒
// 获取数据成功!
// Cat(catName=罗小黑)
我们可以看到,获取Cat数据时,主线程一直阻塞住,直到Cat成功构造好数据后,才正常返回,简单总结一下流程:
- 初始化线程对象Thread和FutureTask静态对象,其中FutureTask的Callable是构造Cat数据;
- 启动线程thread.start(),开始执行future中Callable.call()方法,开始构造Cat数据;
- 在Cat数据构造成功前,future.get()会一直阻塞,直到future中Callable.call()成功返回,阻塞结束。
信号量
用途:用来控制同时访问某个特定资源的操作数量,或者同时执行某个指定操作的数量。计数信号量可以用来实现某种资源池,或者对容器施加边界。
public class SemaphoreTest<T> {
public final Set<T> set;
private final Semaphore sema;
public SemaphoreTest(int bound){
this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
this.sema = new Semaphore(bound);
}
public boolean add(T o) throws InterruptedException{
sema.acquire();
boolean wasAdded = false;
try{
wasAdded = set.add(o);
return wasAdded;
}finally{
if(!wasAdded){
sema.release();
}
}
}
public boolean remove(T o){
boolean wasRemoved = set.remove(o);
if(wasRemoved){
sema.release();
}
return wasRemoved;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
int permits = 5;
Sema
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