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8-Java中的并发工具类

8-Java中的并发工具类

作者: 加夕 | 来源:发表于2019-03-21 17:33 被阅读0次

1.等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

假设有一个需求：需要解析一个Excel里多个sheet的数据，可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有sheet解析完之后，程序需要提示解析完成。

使用join（）：

public class JoinCountDownLatchTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(() -> System.out.println("parser1 finish"));
        Thread parser2 = new Thread(() -> System.out.println("parser2 finish"));
        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("all parser finish");
    }
}

使用CountDownLatch：

public class CountDownLatchTest {
    static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(1);
                c.countDown();
                System.out.println(2);
                c.countDown();
            }
        }).start();
        c.await();
        System.out.println("3");
    }
}

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。

当调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。这里所说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。

注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不能重新初始化或修改对象的内部计数器的值。

2.同步屏障CyclicBarrier

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时被阻塞，知道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运行。

①CyclicBarrier简介

默认构造方法CyclicBarrier(int parties)，parties标识屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier它已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

public class CynlicBarrierTest {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();
        try{
            c.await();
        } catch (Exception e) {
        }
        System.out.println(2);
    }
}

输出结果：

1
2

或者

2
1

如果把 new CyclicBarrier(2) 改成 new CyclicBarrier(3) ，则主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程执行await方法。

如果起了三个线程调用await，但是new CyclicBarrier(2)，依然会永远等待，因为当CyclicBarrier的count为0时，会重置为parties。

            int index = --count;
            if (index == 0) {  // tripped
                boolean ranAction = false;
                try {
                    final Runnable command = barrierCommand;
                    if (command != null)
                        command.run();
                    ranAction = true;
                    nextGeneration();
                    return 0;
                } finally {
                    if (!ranAction)
                        breakBarrier();
                }
            }
    private void nextGeneration() {
        // signal completion of last generation
        trip.signalAll();
        // set up next generation
        count = parties;
        generation = new Generation();
    }

另一个构造器：CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便更负责的业务场景：

public class CynlicBarrierTest2 {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();
        try{
            c.await();
        } catch (Exception e) {
        }
        System.out.println(2);
    }
    static class A implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(3);
        }
    }
}

输出结果：

3
2
1

或者

3
1
2

②CyclicBarrier的应用场景

CyclicBarrier可用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。

如：用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个sheet薄脆一个账户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，最后再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水。

/**
 * 银行流水处理服务类
 */
public class BankWaterService implements Runnable {
    /**
     * 创建4个屏障，处理完之后执行当前类的run方法
     */
    private CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4, this);
    /**
     * 假设只有4个sheet，所以只启动4个线程
     */
    private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
    /**
     * 保存每个sheet计算出的银行流水结果
     */
    private ConcurrentHashMap<String, Integer> sheetBankWaterCount = new ConcurrentHashMap<>();
    private void count() {
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //计算当前sheet的银行流水数据，计算代码省略
                    sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(), 1);
                    //银行流水计算完成插入一个屏障
                    try {
                        c.await();
                    } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        int result = 0;
        //汇总每个sheet计算出的结果
        for (Map.Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) {
            result += sheet.getValue();
        }
        //将结果输出
        sheetBankWaterCount.put("result", result);
        System.out.println(result);
    }

    public static void main(String[] args) {
        BankWaterService bankWaterCount = new BankWaterService();
        bankWaterCount.count();
    }
}

输出结果

4

③CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器考科一使用reset方法重置。

CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如：

  • getNumberWaiting()：可以获取CyclicBarrier阻塞的线程数。
  • isBroken()：用来了解阻塞的线程是否被中断。
public class CynlicBarrierTest3 {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        });
        thread.start();
        thread.interrupt();
        try{
            c.await();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(c.isBroken());
        }
    }
}

输出：

true

3.控制并发线程数的Semaphore

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保障合理的使用公共资源。

①应用场景

Semaphore可以用于做流量控制，特别是共用资源有限的应用场景，比如数据库连接。

如：读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型人物，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。

public class SemaphoreTest {
    private static final int THREAD_COUNT = 30;
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire();//获取一个许可证
                        System.out.println("save data");
                        s.release();//归还许可证
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。

构造方法：Semaphore(int permits)，permits表示可用的许可证数量。

②其他方法

  • boolean tryAcquire()：尝试获取许可证。
  • int availablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
  • int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
  • boolean hasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
  • void reducePermits(int reduction)：减少reduction个许可证，是个protected方法。
  • Collection<Thread> getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected方法。

4.线程间交换数据的Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。

这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

public class ExchangerTest {
    private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<>();
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String a = "银行流水A";//A录入银行流水数据
                    String exchange = exgr.exchange(a);
                    System.out.println(exchange);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });
        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String b = "银行流水B";//B录入银行流水数据
                    String a = exgr.exchange(b);
                    System.out.println("A和B数据是否一致：" + a.equals(b) + "，A录入的是：" + a + "，B录入的是：" + b);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });
        threadPool.shutdown();
    }
}

如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)设置最大等待时长。

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