TIP
本文主要是介绍 并发编程-JUC包介绍 。
# 导读【重要】
进入Java多线程进阶篇的学习。初学者通过基础篇的学习,应该已经对多线程的初步使用有了基本概念和掌握。多线程这块知识的学习,真正的难点不在于多线程程序的逻辑有多复杂,而在于理清J.U.C包中各个多线程工具类之间的关系、特点及其使用场景(从整体到局部、高屋建瓴,这对学习任何知识都至关重要,如果读者能坚持阅读到本系列的Executors框架,你会明白我为什么强调全局视野的重要性)。
坦白的说,我还没有遇到过程序逻辑复杂到看不懂的生产级别的代码,所以要真正掌握Java多线程,必须要弄懂J.U.C,并不是说必须是源码级别的,深入源码确实能够让你掌握底层原理,但死扣细节往往造成“当局者迷”。
关于JUC的内容,内容非常的繁杂,且体系较多,这里由于篇幅有限,只是对个人认为JUC中重点内容进行摘选和记录。 详细的一些更为深入的JUC介绍,可以参见:参见:【并发编程-JUC博客推荐】 章节
# J.U.C包简介
J.U.C并发包,即java.util.concurrent
包,是JDK的核心工具包,是JDK1.5之后,由 Doug Lea实现并引入。
整个java.util.concurrent
包,按照功能可以大致划分如下:
- juc-locks 锁框架
- juc-atomic 原子类框架
- juc-sync 同步器框架
- juc-collections 集合框架
- juc-executors 执行器框架
本系列将按上述顺序分析J.U.C,分析所基于的源码为Oracle JDK1.8.0_111。
主要参考书籍:
- 《Java Concurrency in Practice》 Brian Goetz等 (opens new window)
- 《JAVA多线程设计模式》 结城 浩 (opens new window)
Java多线程基础系列主要是考虑没有接触过多线程的初学者,该系列完全参考自结城浩的《Java多线程设计模式》,感兴趣的读者可以先阅读该书后再来看进阶部分的文章。
# juc-locks 锁框架
早期的JDK版本中,仅仅提供了synchronizd、wait、notify等等比较底层的多线程同步工具,开发人员如果需要开发复杂的多线程应用,通常需要基于JDK提供的这些基础工具进行封装,开发自己的工具类。JDK1.5+后,Doug Lea根据一系列常见的多线程设计模式,设计了JUC并发包,其中java.util.concurrent.locks
包下提供了一系列基础的锁工具,用以对synchronizd、wait、notify等进行补充、增强。
java.util.concurrent.locks
包的结构如下:
包内接口和类的简单UML图如下:
本部分包含以下文章:
- J.U.C之locks框架(1):接口说明 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(2):ReentrantLock 的使用 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(3):ReentrantReadWriteLock 的使用 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(4):LockSupport 工具类 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(5):AbstractQueuedSynchronizer 综述 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(6):AbstractQueuedSynchronizer 的独占功能原理 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(7):Condition 原理 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(8):AbstractQueuedSynchronizer 的共享功能原理 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(9):ReentrantReadWriteLock 原理 (opens new window)
- J.U.C之locks框架(10):更强的读写锁——StampedLock (opens new window)
# juc-atomic 原子类框架
早期的JDK版本中,如果要并发的对Integer、Long、Double之类的Java原始类型或引用类型进行操作,一般都需要通过锁来控制并发,以防数据不一致。
从JDK1.5开始,引入了java.util.concurrent.atomic
工具包,该包提供了许多Java原始/引用类型的映射类,如AtomicInteger
、AtomicLong
、AtomicBoolean
,这些类可以通过一种“无锁算法”,线程安全的操作Integer、Long、Boolean等原始类型。
所谓“无锁算法”,我们在讲juc-locks锁框架系列中,已经接触过太多次了,其实底层就是通过Unsafe类实现的一种比较并交换的算法,大致的结构如下(具体入参,根据上下文有所不同):
boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);
当希望修改的值与expectedValue相同时,则尝试将值更新为updateValue,更新成功返回true,否则返回false。
java.util.concurrent.atomic
包结构如下:
包内类的简单UML图如下:
本部分包含以下文章:
- J.U.C之atomic框架(1):Unsafe类 (opens new window)
- J.U.C之atomic框架(2):AtomicInteger (opens new window)
- J.U.C之atomic框架(3):AtomicReference (opens new window)
- J.U.C之atomic框架(4):Atomic数组 (opens new window)
- J.U.C之atomic框架(5):AtomicXXXFieldUpdater (opens new window)
- J.U.C之atomic框架(6):更强的原子类——LongAdder (opens new window)
# juc-sync 同步器框架
这里的juc-sync同步器框架,是指java.util.concurrent
包下一些辅助同步器类,每个类都有自己适合的使用场景:
同步器名称 | 作用 |
---|---|
CountDownLatch | 倒数计数器,构造时设定计数值,当计数值归零后,所有阻塞线程恢复执行;其内部实现了AQS框架 |
CyclicBarrier | 循环栅栏,构造时设定等待线程数,当所有线程都到达栅栏后,栅栏放行;其内部通过ReentrantLock和Condition实现同步 |
Semaphore | 信号量,类似于“令牌”,用于控制共享资源的访问数量;其内部实现了AQS框架 |
Exchanger | 交换器,类似于双向栅栏,用于线程之间的配对和数据交换;其内部根据并发情况有“单槽交换”和“多槽交换”之分 |
Phaser | 多阶段栅栏,相当于CyclicBarrier的升级版,可用于分阶段任务的并发控制执行;其内部比较复杂,支持树形结构,以减少并发带来的竞争 |
本部分包含以下文章:
- J.U.C之synchronizer框架(1):倒数计数器——CountDownLatch (opens new window)
- J.U.C之synchronizer框架(2):循环栅栏——CyclicBarrier (opens new window)
- J.U.C之synchronizer框架(3):信号量——Semaphore (opens new window)
- J.U.C之synchronizer框架(4):数据交换器——Exchanger (opens new window)
- J.U.C之synchronizer框架(5):多阶段栅栏——Phaser (opens new window)
# juc-collections 集合框架
这里的juc-collections集合框架,是指java.util.concurrent
包下的一些同步集合类,按类型划分可以分为:符号表、队列、Set集合、列表四大类,每个类都有自己适合的使用场景,整个juc-collections集合框架的结构如下图:
其中阻塞队列的分类及特性如下表:
队列特性 | 有界队列 | 近似无界队列 | 无界队列 | 特殊队列 |
---|---|---|---|---|
有锁算法 | ArrayBlockingQueue | LinkedBlockingQueue、LinkedBlockingDeque | / | PriorityBlockingQueue、DelayQueue |
无锁算法 | / | / | LinkedTransferQueue | SynchronousQueue |
本部分包含以下文章:
- J.U.C之collections框架(1):ConcurrentHashMap的基本原理 (opens new window)
- J.U.C之collections框架(2):ConcurrentHashMap的扩容 (opens new window)
- J.U.C之collections框架(3):跳表——ConcurrentSkipListMap (opens new window)
- J.U.C之collections框架(4):ConcurrentSkipListSet (opens new window)
- J.U.C之collections框架(5):“写时复制”的应用——CopyOnWriteArrayList (opens new window)
- J.U.C之collections框架(6):CopyOnWriteArraySet (opens new window)
- J.U.C之collections框架(7):无锁队列——ConcurrentLinkedQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(8):无锁双端队列——ConcurrentLinkedDeque (opens new window)
- J.U.C之collections框架(9):阻塞队列简介——BlockingQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(10):基于数组的阻塞队列——ArrayBlockingQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(11):基于单链表的阻塞队列——LinkedBlockingQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(12):基于堆的优先级阻塞队列——PriorityBlockingQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(13):特殊的同步队列——SynchronousQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(14):延时阻塞队列——DelayQueue (opens new window)
- J.U.C之collections框架(15):基于双链表的阻塞双端队列——LinkedBlockingDeque (opens new window)
- J.U.C之collections框架(16):LinkedTransferQueue (opens new window)
# juc-executors 执行器框架
executors框架是整个J.U.C包中类/接口关系最复杂的框架,executors其实可以划分为3大块,每一块的核心都是基于***Executor***这个接口:
- 线程池
- Future模式
- Fork/Join框架
本部分包含以下文章:
- J.U.C之executors框架(1):executors框架概述 (opens new window)
- J.U.C之executors框架(2):普通线程池——ThreadPoolExecutor (opens new window)
- J.U.C之executors框架(3):计划线程池——ScheduledThreadPoolExecutor (opens new window)
- J.U.C之executors框架(4):Future 模式 (opens new window)
- J.U.C之executors框架(5):Fork/Join 框架的原理 (opens new window)
- J.U.C之executors框架(6):Fork/Join 框架的实现 (opens new window)
# 参考文章
- https://segmentfault.com/a/1190000015558984