JUC的常见类

亦凉 2024-04-25 08:44 5阅读 0赞

**目录**

Callable

ReentrantLock

Semaphore

CountDownLatch

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**JUC**即 **java.util.concurrent**，其中存放了一些进行多线程编程时有用的类

## Callable ##

Callable是一个接口，在我们实现Runnable创建线程时，Runnable关注的是其**过程**，而不关注其执行结果（其返回值为void），而**Callable会关注执行结果**，Callable提供了**call**方法，其**返回值就是线程执行任务得到的结果**

因此，当我们在编写多线程代码时**，希望得到线程种代码的返回值时**，就可以使用Callable

例如：一个线程需要实现 1 + 2 + 3 + ... + 100，并返回其结果

**若我们使用实现Runnable的方式创建线程时：**

public class Demo1 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    int ret = 0;
                    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
                        ret += i;
                    }
                }
            });
            t.start();
            t.join();
        }
    }

若此时主线程需要获取到其计算结果，则需要使用一个**成员变量**来保存结果

public class Demo1 {
        private static int sum = 0;
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    int ret = 0;
                    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
                        ret += i;
                    }
                    sum = ret;//保存结果
                }
            });
            t.start();
            t.join();
            System.out.println(sum);
        }
    }

**而若我们使用Callable时：**

>     Callable<V> 其中泛型参数表示返回值的类型

Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    int ret = 0;
                    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
                        ret += i;
                    }
                    return ret;
                }
            };

此时就不必引入额外的成员变量了，直接使用返回值即可

然而，**Thread未提供构造函数来传入callable**

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此时，我们需要使用 **FutureTask** 来作为Thread和callable的“粘合剂”

将callable实例使用FutureTask包装一下，再在构造方法传入FutureTask：

此时线程就会执行FutureTask内部的Callable中的call方法，计算完成后，就将结果放入FutureTask对象中

>     FutureTask<V> 泛型参数表示结果的类型

此时在主线程中调用FutureTask中的**get()**方法（**带有阻塞功能**），等待计算完毕，从FutureTask中获取到结果

import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    
    public class Demo {
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
            Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    int ret = 0;
                    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
                        ret += i;
                    }
                    return ret;
                }
            };
            FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
            Thread t = new Thread(futureTask);
            t.start();
    
            //此时无需使用join,使用futureTask中的get()方法获取到结果
            System.out.println(futureTask.get());
        }
    }

观察两种实现方式，我们可以发现：

使用Callable和FutureTask，使代码简化了很多，且**不用使用成员变量来保存结果**

Callable和Runnable相对，都是描述一个“任务”，Callable描述的是**带有返回值**的任务，Runnable描述的是**不带返回值**的任务

Callable通常需要**搭配FutureTask使用**，FutureTask用来保存Callable的返回结果

## ReentrantLock ##

ReentrantLock是一种**可重入互斥锁**，与synchronized类似，都是用来实现互斥效果，保证线程安全的

ReentrantLock的用法：

> **lock()：加锁，若获取不到锁就死等**
> 
> **unlock()：解锁**
> 
> **tryLock(超时时间)：加锁，若获取不到锁，等待时间一定后就放弃加锁**

当我们在使用ReentrantLock时，需要**加锁和解锁两个操作**，因此当我们在加锁后，很容易忘记解锁，例如在unlock之前，触发了异常 或 return语句，此时就可能不会执行unlock

因此，**为了保证unlock的执行，我们可以将其放在finally中**

**例如：**

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    lock.lock();
    try{
        //执行代码
    }finally {
        lock.unlock();
    }

synchronzied使用时**无需手动释放锁**，ReentrantLock使用时**需要手动释放**，使用起来更加灵活，但也容易漏掉unlock

> **为什么有了synchronized后，还有ReentrantLock?**

**1. ReentrantLock提供了tryLock操作。**lock直接进行加锁，当加锁失败时，就阻塞，而tryLock尝试进行加锁，若加锁失败，等待一定时间后，不阻塞，直接放弃加锁，返回 **false**，表示加锁失败

**2. ReentrantLock提供了公平锁的实现（遵循“先来后到”规则，即等待时间长的线程先获取到锁）**。通过队列来记录加锁线程的先后顺序，ReentrantLock默认是非公平锁，在构造方法中传入**true** 则可设置为公平锁

3. 更强大的唤醒机制。synchronized，搭配wait和notify来实现等待唤醒，每次**随机**唤醒一个等待的线程；而ReentrantLock，搭配Condition类来实现通知等待机制，可以**更精确控制唤醒某个指定的线程**

## Semaphore ##

信号量Semaphore，用来表示**“可用资源的个数”**，其本质就是一个**计数器**

> **当申请资源时，可用资源数 -1（信号的P操作）**
> 
>  **当释放资源时，可用资源数 +1（信号的V操作）**

Semaphore中的加减计算操作都是**原子**的，可以在多线程环境下直接使用

信号量也是操作系统提供的机制，JVM对其对应的API进行封装，因此我们可用直接通过Java代码来调用这里的相关操作

Semaphore类中**acquire()方法表示申请资源（P操作），release()方法表示释放资源（V操作）**

例如：

public class Demo2 {
        public static void main(String[] args) {
            Semaphore semaphore = new Semaphore(5);//有5个可用资源
    
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try{
                            System.out.println("申请资源");
                            semaphore.acquire();
                            System.out.println("获取到资源");
                            Thread.sleep(1000);
                            System.out.println("释放资源");
                            semaphore.release();
                        }catch (InterruptedException e){
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                });
                t.start();
            }
        }
    }

## CountDownLatch ##

**同时等待多个任务执行结束**

例如，构造CountDownLatch实例latch，初始化n表示有n个任务需要完成。

在任务执行完毕时，调用countDown()方法，告知latch当前任务执行完毕，则CountDownLatch内部的计数器 -1

在主线程中调用latch.await()，阻塞等待所有任务都执行完毕（计数器为0）

import java.util.Random;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    
    public class Demo3 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);//此时有10个任务需要完成
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                int id = i;
                Thread t = new Thread(()->{
                    Random random = new Random();
                    int time = (random.nextInt(5) + 1) * 1000;//执行任务的时间
                    try {
                        Thread.sleep(time);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(id + "任务执行结束");
                    //告知latch执行结束
                    latch.countDown();
                });
                t.start();
            }
            //通过await来等待所有任务执行结束
            latch.await();
            System.out.println("所有任务都已执行完成");
        }
    }

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