我們都知道，在JDK1.5之前，Java中要進行業(yè)務(wù)并發(fā)時，通常需要有程序員獨立完成代碼實現(xiàn)，當(dāng)然也有一些開源的框架提供了這些功能，但是這些依然沒有JDK自帶的功能使用起來方便。而當(dāng)針對高質(zhì)量Java多線程并發(fā)程序設(shè)計時,為防止死蹦等現(xiàn)象的出現(xiàn)，比如使用java之前的wait()、notify()和synchronized等，每每需要考慮性能、死鎖、公平性、資源管理以及如何避免線程安全性方面帶來的危害等諸多因素，往往會采用一些較為復(fù)雜的安全策略，加重了程序員的開發(fā)負(fù)擔(dān).萬幸的是，在JDK1.5出現(xiàn)之后，Sun大神（Doug Lea）終于為我們這些可憐的小程序員推出了java.util.concurrent工具包以簡化并發(fā)完成。開發(fā)者們借助于此，將有效的減少競爭條件（race conditions）和死鎖線程。concurrent包很好的解決了這些問題，為我們提供了更實用的并發(fā)程序模型。

Executor ：具體Runnable任務(wù)的執(zhí)行者。
ExecutorService ：一個線程池管理者，其實現(xiàn)類有多種，我會介紹一部分。我們能把Runnable,Callable提交到池中讓其調(diào)度。
Semaphore ：一個計數(shù)信號量
ReentrantLock ：一個可重入的互斥鎖定 Lock，功能類似synchronized，但要強大的多。
Future ：是與Runnable,Callable進行交互的接口，比如一個線程執(zhí)行結(jié)束后取返回的結(jié)果等等，還提供了cancel終止線程。
BlockingQueue ：阻塞隊列。
CompletionService : ExecutorService的擴展，可以獲得線程執(zhí)行結(jié)果的
CountDownLatch ：一個同步輔助類，在完成一組正在其他線程中執(zhí)行的操作之前，它允許一個或多個線程一直等待。
CyclicBarrier ：一個同步輔助類，它允許一組線程互相等待，直到到達(dá)某個公共屏障點
Future ：Future 表示異步計算的結(jié)果。
ScheduledExecutorService ：一個 ExecutorService，可安排在給定的延遲后運行或定期執(zhí)行的命令。
接下來逐一介紹
Executors主要方法說明
newFixedThreadPool（固定大小線程池）
創(chuàng)建一個可重用固定線程集合的線程池，以共享的無界隊列方式來運行這些線程（只有要請求的過來，就會在一個隊列里等待執(zhí)行）。如果在關(guān)閉前的執(zhí)行期間由于失敗而導(dǎo)致任何線程終止，那么一個新線程將代替它執(zhí)行后續(xù)的任務(wù)（如果需要）。
newCachedThreadPool（無界線程池，可以進行自動線程回收）
創(chuàng)建一個可根據(jù)需要創(chuàng)建新線程的線程池，但是在以前構(gòu)造的線程可用時將重用它們。對于執(zhí)行很多短期異步任務(wù)的程序而言，這些線程池通常可提高程序性能。調(diào)用 execute 將重用以前構(gòu)造的線程（如果線程可用）。如果現(xiàn)有線程沒有可用的，則創(chuàng)建一個新線程并添加到池中。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程。因此，長時間保持空閑的線程池不會使用任何資源。注意，可以使用 ThreadPoolExecutor 構(gòu)造方法創(chuàng)建具有類似屬性但細(xì)節(jié)不同（例如超時參數(shù)）的線程池。
newSingleThreadExecutor（單個后臺線程）
創(chuàng)建一個使用單個 worker 線程的 Executor，以無界隊列方式來運行該線程。（注意，如果因為在關(guān)閉前的執(zhí)行期間出現(xiàn)失敗而終止了此單個線程，那么如果需要，一個新線程將代替它執(zhí)行后續(xù)的任務(wù)）。可保證順序地執(zhí)行各個任務(wù)，并且在任意給定的時間不會有多個線程是活動的。與其他等效的 newFixedThreadPool(1) 不同，可保證無需重新配置此方法所返回的執(zhí)行程序即可使用其他的線程。
這些方法返回的都是ExecutorService對象，這個對象可以理解為就是一個線程池。
這個線程池的功能還是比較完善的。可以提交任務(wù)submit()可以結(jié)束線程池shutdown()。

import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class MyExecutor extends Thread { private int index; public MyExecutor(int i){this.index=i; } public void run(){try{System.out.println("["+this.index+"] start....");Thread.sleep((int)(Math.random()*1000));System.out.println("["+this.index+"] end.");}catch(Exception e){e.printStackTrace();} } public static void main(String args[]){ExecutorService service=Executors.newFixedThreadPool(4);for(int i=0;i<10;i++){service.execute(new MyExecutor(i));//service.submit(new MyExecutor(i));}System.out.println("submit finish");service.shutdown(); } }

雖然打印了一些信息，但是看的不是非常清晰，這個線程池是如何工作的，我們來將休眠的時間調(diào)長10倍。
Thread.sleep((int)(Math.random()*10000));
再來看，會清楚看到只能執(zhí)行4個線程。當(dāng)執(zhí)行完一個線程后，才會又執(zhí)行一個新的線程，也就是說，我們將所有的線程提交后，線程池會等待執(zhí)行完最后shutdown。我們也會發(fā)現(xiàn)，提交的線程被放到一個“無界隊列里”。這是一個有序隊列（BlockingQueue，這個下面會說到）。
另外它使用了Executors的靜態(tài)函數(shù)生成一個固定的線程池，顧名思義，線程池的線程是不會釋放的，即使它是Idle。
這就會產(chǎn)生性能問題，比如如果線程池的大小為200，當(dāng)全部使用完畢后，所有的線程會繼續(xù)留在池中，相應(yīng)的內(nèi)存和線程切換（while(true)+sleep循環(huán)）都會增加。
如果要避免這個問題，就必須直接使用ThreadPoolExecutor()來構(gòu)造。可以像通用的線程池一樣設(shè)置“最大線程數(shù)”、“最小線程數(shù)”和“空閑線程keepAlive的時間”。

這個就是線程池基本用法。
Semaphore
一個計數(shù)信號量。從概念上講，信號量維護了一個許可集合。如有必要，在許可可用前會阻塞每一個 acquire()，然后再獲取該許可。每個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。但是，不使用實際的許可對象，Semaphore 只對可用許可的號碼進行計數(shù)，并采取相應(yīng)的行動。
Semaphore 通常用于限制可以訪問某些資源（物理或邏輯的）的線程數(shù)目。例如，下面的類使用信號量控制對內(nèi)容池的訪問：
這里是一個實際的情況，大家排隊上廁所，廁所只有兩個位置，來了10個人需要排隊。

import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; public class MySemaphore extends Thread { Semaphore position; private int id; public MySemaphore(int i,Semaphore s){this.id=i;this.position=s; } public void run(){try{if(position.availablePermits()>0){System.out.println("顧客["+this.id+"]進入廁所，有空位");}else{System.out.println("顧客["+this.id+"]進入廁所，沒空位，排隊");}position.acquire();System.out.println("顧客["+this.id+"]獲得坑位");Thread.sleep((int)(Math.random()*1000));System.out.println("顧客["+this.id+"]使用完畢");position.release();}catch(Exception e){e.printStackTrace();} } public static void main(String args[]){ExecutorService list=Executors.newCachedThreadPool();Semaphore position=new Semaphore(2);for(int i=0;i<10;i++){list.submit(new MySemaphore(i+1,position));}list.shutdown();position.acquireUninterruptibly(2);System.out.println("使用完畢，需要清掃了");position.release(2); } }

ReentrantLock
一個可重入的互斥鎖定 Lock，它具有與使用 synchronized 方法和語句所訪問的隱式監(jiān)視器鎖定相同的一些基本行為和語義，但功能更強大。
ReentrantLock 將由最近成功獲得鎖定，并且還沒有釋放該鎖定的線程所擁有。當(dāng)鎖定沒有被另一個線程所擁有時，調(diào)用 lock 的線程將成功獲取該鎖定并返回。如果當(dāng)前線程已經(jīng)擁有該鎖定，此方法將立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法來檢查此情況是否發(fā)生。
此類的構(gòu)造方法接受一個可選的公平參數(shù)。
當(dāng)設(shè)置為 true時，在多個線程的爭用下，這些鎖定傾向于將訪問權(quán)授予等待時間最長的線程。否則此鎖定將無法保證任何特定訪問順序。
與采用默認(rèn)設(shè)置（使用不公平鎖定）相比，使用公平鎖定的程序在許多線程訪問時表現(xiàn)為很低的總體吞吐量（即速度很慢，常常極其慢），但是在獲得鎖定和保證鎖定分配的均衡性時差異較小。不過要注意的是，公平鎖定不能保證線程調(diào)度的公平性。因此，使用公平鎖定的眾多線程中的一員可能獲得多倍的成功機會，這種情況發(fā)生在其他活動線程沒有被處理并且目前并未持有鎖定時。還要注意的是，未定時的 tryLock 方法并沒有使用公平設(shè)置。因為即使其他線程正在等待，只要該鎖定是可用的，此方法就可以獲得成功。
建議總是 立即實踐，使用 try 塊來調(diào)用 lock，在之前/之后的構(gòu)造中，最典型的代碼如下：

class X {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// ...public void m() {lock.lock(); // block until condition holdstry {// ... method body} finally {lock.unlock()}} }

我的例子：

import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class MyReentrantLock extends Thread{ TestReentrantLock lock; private int id; public MyReentrantLock(int i,TestReentrantLock test){this.id=i;this.lock=test; } public void run(){lock.print(id); } public static void main(String args[]){ExecutorService service=Executors.newCachedThreadPool();TestReentrantLock lock=new TestReentrantLock();for(int i=0;i<10;i++){service.submit(new MyReentrantLock(i,lock));}service.shutdown(); } } class TestReentrantLock{ private ReentrantLock lock=new ReentrantLock(); public void print(int str){try{lock.lock();System.out.println(str+"獲得");Thread.sleep((int)(Math.random()*1000));}catch(Exception e){e.printStackTrace();}finally{System.out.println(str+"釋放");lock.unlock();} } }

BlockingQueue
支持兩個附加操作的 Queue，這兩個操作是：檢索元素時等待隊列變?yōu)榉强?#xff0c;以及存儲元素時等待空間變得可用。
BlockingQueue 不接受 null 元素。試圖 add、put 或 offer 一個 null 元素時，某些實現(xiàn)會拋出 NullPointerException。null 被用作指示 poll 操作失敗的警戒值。
BlockingQueue 可以是限定容量的。它在任意給定時間都可以有一個 remainingCapacity，超出此容量，便無法無阻塞地 put 額外的元素。
沒有任何內(nèi)部容量約束的 BlockingQueue 總是報告 Integer.MAX_VALUE 的剩余容量。
BlockingQueue 實現(xiàn)主要用于生產(chǎn)者-使用者隊列，但它另外還支持 Collection 接口。因此，舉例來說，使用 remove(x) 從隊列中移除任意一個元素是有可能的。
然而，這種操作通常不 會有效執(zhí)行，只能有計劃地偶爾使用，比如在取消排隊信息時。
BlockingQueue 實現(xiàn)是線程安全的。所有排隊方法都可以使用內(nèi)部鎖定或其他形式的并發(fā)控制來自動達(dá)到它們的目的。
然而，大量的 Collection 操作（addAll、containsAll、retainAll 和 removeAll）沒有 必要自動執(zhí)行，除非在實現(xiàn)中特別說明。
因此，舉例來說，在只添加了 c 中的一些元素后，addAll(c) 有可能失敗（拋出一個異常）。
BlockingQueue 實質(zhì)上不 支持使用任何一種“close”或“shutdown”操作來指示不再添加任何項。
這種功能的需求和使用有依賴于實現(xiàn)的傾向。例如，一種常用的策略是：對于生產(chǎn)者，插入特殊的 end-of-stream 或 poison 對象，并根據(jù)使用者獲取這些對象的時間來對它們進行解釋。
下面的例子演示了這個阻塞隊列的基本功能。

import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; public class MyBlockingQueue extends Thread { public static BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(3); private int index; public MyBlockingQueue(int i) {this.index = i; } public void run() {try {queue.put(String.valueOf(this.index));System.out.println("{" + this.index + "} in queue!");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} } public static void main(String args[]) {ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();for (int i = 0; i < 10; i++) {service.submit(new MyBlockingQueue(i));}Thread thread = new Thread() {public void run() {try {while (true) {Thread.sleep((int) (Math.random() * 1000));if(MyBlockingQueue.queue.isEmpty())break;String str = MyBlockingQueue.queue.take();System.out.println(str + " has take!");}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}};service.submit(thread);service.shutdown(); } }

———————執(zhí)行結(jié)果—————–
{0} in queue!
{1} in queue!
{2} in queue!
{3} in queue!
0 has take!
{4} in queue!
1 has take!
{6} in queue!
2 has take!
{7} in queue!
3 has take!
{8} in queue!
4 has take!
{5} in queue!
6 has take!
{9} in queue!
7 has take!
8 has take!
5 has take!

9 has take!

CompletionService
將生產(chǎn)新的異步任務(wù)與使用已完成任務(wù)的結(jié)果分離開來的服務(wù)。生產(chǎn)者 submit 執(zhí)行的任務(wù)。使用者 take 已完成的任務(wù)，
并按照完成這些任務(wù)的順序處理它們的結(jié)果。例如，CompletionService 可以用來管理異步 IO ，執(zhí)行讀操作的任務(wù)作為程序或系統(tǒng)的一部分提交，
然后，當(dāng)完成讀操作時，會在程序的不同部分執(zhí)行其他操作，執(zhí)行操作的順序可能與所請求的順序不同。
通常，CompletionService 依賴于一個單獨的 Executor 來實際執(zhí)行任務(wù)，在這種情況下，
CompletionService 只管理一個內(nèi)部完成隊列。ExecutorCompletionService 類提供了此方法的一個實現(xiàn)。

import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.CompletionService; import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class MyCompletionService implements Callable<String> { private int id;public MyCompletionService(int i){this.id=i; } public static void main(String[] args) throws Exception{ExecutorService service=Executors.newCachedThreadPool();CompletionService<String> completion=new ExecutorCompletionService<String>(service);for(int i=0;i<10;i++){completion.submit(new MyCompletionService(i));}for(int i=0;i<10;i++){System.out.println(completion.take().get());}service.shutdown(); } public String call() throws Exception {Integer time=(int)(Math.random()*1000);try{System.out.println(this.id+" start");Thread.sleep(time);System.out.println(this.id+" end");}catch(Exception e){e.printStackTrace();}return this.id+":"+time; } }

CountDownLatch

一個同步輔助類，在完成一組正在其他線程中執(zhí)行的操作之前，它允許一個或多個線程一直等待。
用給定的計數(shù) 初始化 CountDownLatch。由于調(diào)用了 countDown() 方法，所以在當(dāng)前計數(shù)到達(dá)零之前，await 方法會一直受阻塞。
之后，會釋放所有等待的線程，await 的所有后續(xù)調(diào)用都將立即返回。這種現(xiàn)象只出現(xiàn)一次——計數(shù)無法被重置。如果需要重置計數(shù)，請考慮使用 CyclicBarrier。
CountDownLatch 是一個通用同步工具，它有很多用途。將計數(shù) 1 初始化的 CountDownLatch 用作一個簡單的開/關(guān)鎖存器，
或入口：在通過調(diào)用 countDown() 的線程打開入口前，所有調(diào)用 await 的線程都一直在入口處等待。
用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一個線程在 N 個線程完成某項操作之前一直等待，或者使其在某項操作完成 N 次之前一直等待。
CountDownLatch 的一個有用特性是，它不要求調(diào)用 countDown 方法的線程等到計數(shù)到達(dá)零時才繼續(xù)，
而在所有線程都能通過之前，它只是阻止任何線程繼續(xù)通過一個 await。
一下的例子是別人寫的，非常形象。

import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class TestCountDownLatch { public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 開始的倒數(shù)鎖final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);// 結(jié)束的倒數(shù)鎖final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);// 十名選手final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);for (int index = 0; index < 10; index++) {final int NO = index + 1;Runnable run = new Runnable() {public void run() {try {begin.await();//一直阻塞Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));System.out.println("No." + NO + " arrived");} catch (InterruptedException e) {} finally {end.countDown();}}};exec.submit(run);}System.out.println("Game Start");begin.countDown();end.await();System.out.println("Game Over");exec.shutdown(); } }

CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()，前者主要是倒數(shù)一次，后者是等待倒數(shù)到0，如果沒有到達(dá)0，就只有阻塞等待了。

CyclicBarrier
一個同步輔助類，它允許一組線程互相等待，直到到達(dá)某個公共屏障點 (common barrier point)。
在涉及一組固定大小的線程的程序中，這些線程必須不時地互相等待，此時 CyclicBarrier 很有用。因為該 barrier 在釋放等待線程后可以重用，所以稱它為循環(huán) 的 barrier。
CyclicBarrier 支持一個可選的 Runnable 命令，在一組線程中的最后一個線程到達(dá)之后（但在釋放所有線程之前），
該命令只在每個屏障點運行一次。若在繼續(xù)所有參與線程之前更新共享狀態(tài)，此屏障操作 很有用。
示例用法：下面是一個在并行分解設(shè)計中使用 barrier 的例子，很經(jīng)典的旅行團例子：

import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class TestCyclicBarrier {// 徒步需要的時間: Shenzhen, Guangzhou, Shaoguan, Changsha, Wuhanprivate static int[] timeWalk = { 5, 8, 15, 15, 10 };// 自駕游private static int[] timeSelf = { 1, 3, 4, 4, 5 };// 旅游大巴private static int[] timeBus = { 2, 4, 6, 6, 7 };static String now() {SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");return sdf.format(new Date()) + ": ";}static class Tour implements Runnable {private int[] times;private CyclicBarrier barrier;private String tourName;public Tour(CyclicBarrier barrier, String tourName, int[] times) {this.times = times;this.tourName = tourName;this.barrier = barrier;}public void run() {try {Thread.sleep(times[0] * 1000);System.out.println(now() + tourName + " Reached Shenzhen");barrier.await();Thread.sleep(times[1] * 1000);System.out.println(now() + tourName + " Reached Guangzhou");barrier.await();Thread.sleep(times[2] * 1000);System.out.println(now() + tourName + " Reached Shaoguan");barrier.await();Thread.sleep(times[3] * 1000);System.out.println(now() + tourName + " Reached Changsha");barrier.await();Thread.sleep(times[4] * 1000);System.out.println(now() + tourName + " Reached Wuhan");barrier.await();} catch (InterruptedException e) {} catch (BrokenBarrierException e) {}}}public static void main(String[] args) {// 三個旅行團CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);exec.submit(new Tour(barrier, "WalkTour", timeWalk));exec.submit(new Tour(barrier, "SelfTour", timeSelf)); //當(dāng)我們把下面的這段代碼注釋后，會發(fā)現(xiàn)，程序阻塞了，無法繼續(xù)運行下去。exec.submit(new Tour(barrier, "BusTour", timeBus));exec.shutdown();} }

CyclicBarrier最重要的屬性就是參與者個數(shù)，另外最要方法是await()。當(dāng)所有線程都調(diào)用了await()后，就表示這些線程都可以繼續(xù)執(zhí)行，否則就會等待。
Future
Future 表示異步計算的結(jié)果。它提供了檢查計算是否完成的方法，以等待計算的完成，并檢索計算的結(jié)果。
計算完成后只能使用 get 方法來檢索結(jié)果，如有必要，計算完成前可以阻塞此方法。取消則由 cancel 方法來執(zhí)行。
還提供了其他方法，以確定任務(wù)是正常完成還是被取消了。一旦計算完成，就不能再取消計算。
如果為了可取消性而使用 Future但又不提供可用的結(jié)果，則可以聲明 Future

import static java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS; import java.util.Date; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.ScheduledFuture; public class TestScheduledThread { public static void main(String[] args) {final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);final Runnable beeper = new Runnable() {int count = 0;public void run() {System.out.println(new Date() + " beep " + (++count));}};// 1秒鐘后運行，并每隔2秒運行一次final ScheduledFuture beeperHandle = scheduler.scheduleAtFixedRate(beeper, 1, 2, SECONDS);// 2秒鐘后運行，并每次在上次任務(wù)運行完后等待5秒后重新運行final ScheduledFuture beeperHandle2 = scheduler.scheduleWithFixedDelay(beeper, 2, 5, SECONDS);// 30秒后結(jié)束關(guān)閉任務(wù)，并且關(guān)閉Schedulerscheduler.schedule(new Runnable() {public void run() {beeperHandle.cancel(true);beeperHandle2.cancel(true);scheduler.shutdown();}}, 30, SECONDS); } }

這樣我們就把concurrent包下比較重要的功能都已經(jīng)總結(jié)完了，希望對我們理解能有幫助。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java - concurrent包详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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