JUC全称为java.util.concurrent，其中，concurrent这个包里包含了很多和多线程并发相关的操作，同样也是面试中的高频考点，下面博主就带大家学习学习这部分内容吧！
JUC
- 一. ReentrantLock
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- 1. 理解
- 2. 用法
- 3. 与synchronized区别
- 4. 总结
- 二. 原子类
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- 1. 理解
- 2. 常见的原子类
- 3. 常见的方法
- 三. 线程池
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- 1. 为什么要引入线程池
- 2. 引入线程池的好处
- 3. 创建线程池的方法
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- （1）ThreadPoolExecutor
- （2） Executors
- 四. 信号量Semaphore
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- 1. 定义
- 2. 作用
- 3. 用法示例
- 五. CountDownLatch
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- 1. 理解
- 2. 用法
- 六. 高频面试题
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- 1. 进程间通信有哪几种方式
- 2. 线程同步的方式有哪些
- 3. 为什么有了synchronized还需要JUC底下的 lock
- 4. 简单说一下什么是信号量
- 5. 解释一下 ThreadPoolExecutor 构造方法的参数的含义
一. ReentrantLock
1. 理解
- 之前我们讨论的可重入锁，翻译成英文就是ReentrantLock，大部分情况下这个英文单词要理解成这一锁特性，但少数情况下要理解成一个类
- 和 synchronized 定位类似，都是用来实现互斥效果，用来保证线程安全，同时这个锁是可重入的
2. 用法
下面我们来看一段代码实现两个线程分别对一个变量count累加操作：
public class Test {
static class Counter{
public int count=0;
public void increase(){
count++;
}
}
public static void main(String[] args) {
Counter counter=new Counter();
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
counter.increase();
}
}
};
Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
counter.increase();
}
}
};
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(counter.count);
}
}
经过之前的学习，我们认为此方法打印count是线程不安全的，不会每次都很准确地打印10000：
第一次运行
第二次运行
之前我们学过的解决方法是使用synchronized保证线程的安全性，代码如下：
static class Counter{
public int count=0;
synchronized public void increase(){
count++;
}
}
改动部分如上图所示（其他部分一样），打印结果如下：
但此时我们可以通过创建ReentrantLock这一对象对其实现加锁，完整代码如下：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test {
static class Counter {
public int count;
public ReentrantLock locker = new ReentrantLock();
public void increase() {
locker.lock();
count++;
locker.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
Counter counter=new Counter();
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
counter.increase();
}
}
};
Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
counter.increase();
}
}
};
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(counter.count);
}
}
打印结果如下：
3. 与synchronized区别
那么，与synchronized同样都能对其实现加锁功能，这两者有什么区别呢？
ReentrantLock把加锁和解锁拆成了两个方法，确实存在遗忘解锁的风险，但可以让代码变得更加灵活，可以把加锁和解锁的代码分别放到两个方法之中synchronized在申请锁失败时，代码会死等。而ReentrantLock可以通过trylock这个方法等待一段时间就放弃，不会浪费时间synchronized是非公平锁，而ReentrantLock默认是非公平锁。但可以通过构造方法传入一个 true 开启公平锁模式ReentrantLock有更强大的唤醒机制，synchronized是通过 Object 的 wait / notify 方法实现等待唤醒过程的，每次唤醒的是一个随机等待的线程。而ReentrantLock搭配 Condition 类实现等待-唤醒，可以更精确控制唤醒某个指定的线程。
4. 总结
- 大部分情况下使用
synchronized就足够了 - 锁竞争激烈的时候，使用
ReentrantLock, 搭配trylock方法可以更灵活地控制加锁的行为，而不是死等。 - 如果需要使用公平锁, 使用
ReentrantLock
二. 原子类
1. 理解
保证线程安全不一定非得加锁，当然也可以用原子类，从java1.5开始，jdk提供了java.util.concurrent.atomic包，这个包内包含一系列的原子操作类，提供了一种用法简单，性能高效，线程安全的更新一个变量的方式。其内部通常以CAS方式实现，因此性能通常比加锁实现i++要高很多，具体使用方法如下（上述例子）
public AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public void increase() {
count.getAndIncrement();
}
这里只展示改动后的代码，其打印结果如下：
2. 常见的原子类
- AtomicBoolean
- AtomicInteger
- AtomicIntegerArray
- AtomicLong
- AtomicReference
- AtomicStampedReference
3. 常见的方法
以 AtomicInteger 举例，常见方法有
- addAndGet(int delta); 相当于 i += delta;
- decrementAndGet(); 相当于–i;
- getAndDecrement(); 相当于i–;
- incrementAndGet(); 相当于++i;
- getAndIncrement(); 相当于i++;
三. 线程池
1. 为什么要引入线程池
解决并发编程的方案一般是靠多进程的，但是进程开销的资源是非常大的，因此我们进一步地引入了多线程。虽然创建销毁线程比创建销毁进程看起来似乎更轻量了，但是在频繁创建毁线程的时还是会比较低效。线程池就是为了解决这个问题。如果某个线程不再使用了，并不是真正把线程释放，而是放到一个 "池子"中。当我们需要使用多线程的时候，直接从之前创建好的池子中取出一个就行了，当我们不用的时候，直接把这个线程放回池子中即可。
2. 引入线程池的好处
- 当我们不用线程池的时候，频繁地创建或者销毁线程涉及到用户态和内核态的来回切换，从用户态切换到内核态会创建出对应的PCB（进程控制块，英文是Processing Control Block），这样会消耗大量的系统资源，而且效率还会比较低。
- 当我们引入线程池后，相当于只在用户态完成各种操作，这样代码执行效率和系统开销会大大优化
3. 创建线程池的方法
（1）ThreadPoolExecutor
使用Java标准库中的ThreadPoolExecutor方式创建，但需注意里面各自的参数代表的含义，使用起来相对而言比较复杂。
构造方法
为了更好地理解每个参数的具体含义，大家可以利用空闲时间去jdk的官方文档学习学习，对自己是非常有帮助的：
（2） Executors
使用 Executors 这个类创建，这个类相当于一个工厂类，通过这个工厂类中的一些方法，就可以创建出不同风格的线程池实例了。
部分方法
- Executors.newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池
- Executors.newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存一段时间后会回收，若线程数不够，则新建线程。
- Executors.newSingleThreadExecutor：创建出只包含一个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执行顺序。
- Executors.newScheduledThreadPool：创建一个可以执行延迟任务的线程池（放入的任务能够过一会再执行）
- Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：创建出具有一个单线程并且可以执行延迟任务的线程池
用法示例：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 20; i++) {
service.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello");
}
});
}
}
}
运行结果：
四. 信号量Semaphore
1. 定义
信号量Semaphore一般用来表示可用资源的个数，相当于一个计数器，可类比生活中停车场牌子上面显示的停车场剩余车位数量。
- 当有车开进去的时候, 就相当于申请一个可用资源，可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作)
- 当有车开出来的时候, 就相当于释放一个可用资源, 可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作)
- 如果计数器的值已经为 0 了，还尝试申请资源，就会阻塞等待，直到有其他线程释放资源（计数器的值是大于等于0的）
2. 作用
- 在创建信号量的时候，可以给定一个初始值（可用资源个数），当可用资源个数用完时，就会阻塞等待，以确保线程安全
- 若把信号量的初始值设成1，则计数器的值只能取0或1了，此时把这个信号量称为二元信号量，和锁的功能类似，有加锁（没法申请资源）和解锁状态（可以申请资源）
3. 用法示例
下面我们创建15个线程，给定初始资源量为3个，然后先尝试申请资源（acquire），申请完资源后再休眠1秒，然后释放资源（release）：
mport java.util.concurrent.Semaphore;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("准备申请资源");
semaphore.acquire();
System.out.println("申请资源成功");
// 申请到资源之后休眠1秒
Thread.sleep(1000);
semaphore.release();
// 释放资源
System.out.println("释放资源完毕");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
// 创建15个线程，让这 15 个线程来分别去尝试申请资源
for (int i = 0; i < 15; i++) {
Thread t = new Thread(runnable);
t.start();
}
}
}
运行结果如下：
可以看到，由于资源数为3，所以前3个线程申请资源后很容易成功，而之后的线程就没有资源可以申请了，只能等到前3个线程把资源释放出来后再申请
信号量相当于是锁的升级版本，锁只能控制一个资源的有无，而信号量可以控制很多个资源的有无
五. CountDownLatch
1. 理解
用于同时等待N个任务结束，就好比百米赛跑一样，只有当所有选手都到位之后，哨声响了之后才能同时出发开始跑步，当所有选手都通过终点时才会公布成绩。
2. 用法
我们创建10个线程同时开始执行一个任务，每个任务执行完后记录一下，都调用 latch.countDown（）方法。在CountDownLatch 内部的计数器同时自减。再创建一个主线程，其中使用 latch.await()； 阻塞等待至所有任务执行完毕（此时计数器为0）
用法示例
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("任务开始");
try {
Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));//生成随机数
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
latch.countDown();
System.out.println("任务完成!");
}
};
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread t = new Thread(runnable);
t.start();
}
latch.await();
System.out.println("所有任务结束");
}
}
打印结果如下：
六. 高频面试题
1. 进程间通信有哪几种方式
- 网络（socket）
- 文件
- 管道
- 消息队列（操作系统内核提供的方式）
- 信号量（操作系统内核提供的方式，有别于本篇讲的Java标准库提供的方式）
- 信号
2. 线程同步的方式有哪些
首先，线程同步就是协同步调，按预定的先后次序进行运行，即靠哪个线程先获得到CUP的执行权谁就先执行
- 阻塞队列
- synchronized
- ReentrantLock
- Semaphore
- volatile等等
3. 为什么有了synchronized还需要JUC底下的 lock
详见与synchronized区别部分（学会用自己的话总结）
4. 简单说一下什么是信号量
详见信号量的定义部分（学会用自己的话总结）
5. 解释一下 ThreadPoolExecutor 构造方法的参数的含义
详见上文中所涉及的jdk官方文档，这个参数虽然比较多，但大致上可以通过英文推测出其大意，此时就需要我们平常多记记了！
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