ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap,内部采用分段锁来实现,默认初始容量为16,装载因子为0.75f,分段16,每个段的HashEntry<K,V>[]大小为2。键值都不能为null。每次扩容为原来容量的2倍,ConcurrentHashMap不会对整个容器进行扩容,而只对某个segment进行扩容。在获取size操作的时候,不是直接把所有segment的count相加就可以可到整个ConcurrentHashMap大小,也不是在统计size的时候把所有的segment的put, remove, clean方法全部锁住,这种方法太低效。在累加count操作过程中,之前累加过的count发生变化的几率非常小,所有ConcurrentHashMap的做法是先尝试2(RETRIES_BEFORE_LOCK)次通过不锁住Segment的方式统计各个Segment大小,如果统计的过程中,容器的count发生了变化,再采用加锁的方式来统计所有的Segment的大小。
非阻塞队列有ConcurrentLinkedQueue, ConcurrentLinkedDeque。元素不能为null。以ConcurrentLinkedQueue为例,有头head和尾tail两个指针,遵循FIFO的原则进行入队和出队,方法有add(E e), peek()取出不删除, poll()取出删除, remove(Object o),size(), contains(Object o), addAll(Collection c), isEmpty()。ConcurrentLinkedDeque是双向队列,可以在头和尾两个方向进行相应的操作。
阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。 支持阻塞的插入方法:意思是当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不满。 支持阻塞的移除方法:意思是队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。 任何阻塞队列中的元素都不能为null.
方法-处理方法 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 可能阻塞等待 | 可设定等待时间 |
---|---|---|---|---|
入队 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e,timeout,unit) |
出队 | remove() | poll() | take() | poll(timeout,unit) |
查看 | element() | peek() | 无 | 无 |
如果是无界队列,队列不可能出现满的情况,所以使用put或offer方法永远不会被阻塞,而且使用offer方法时,该方法永远返回true.
ArrayBlockingQueue:一个由数组结构组成的有界阻塞队列。 LinkedeBlockingQueue:一个有链表结构组成的有界阻塞队列。 PriorityBlockingQueue:一个支持优先级排序的无界阻塞队列 DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。 SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。 LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。 LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
此队列按照FIFO的原则对元素进行排序,可以设定为公平ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair),默认为不公平。初始化时必须设定容量大小ArrayBlockingQueue(int capactiy)。
与ArrayBlockingQueue一样,按照FIFO原则进行排序,与ArrayBlockingQueue不同的是内部实现是一个链表结构,且不能设置为公平的。默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE。
是一个支持优先级的无界阻塞队列,默认初始容量为11,默认情况下采用自然顺序升序排列,不能保证同优先级元素的顺序。内部元素要么实现Comparable接口,要么在初始化的时候指定构造函数的Comparator来对元素进行排序。
DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。内部包含一个PriorityQueue来实现,队列中的元素必须实现Delay接口,在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。 DelayQueue非常有用,可以将DelayQueue运用在下面应用场景。 - 缓存系统的设计:可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期,使用一个线程循环查询DelayQueue,一旦能从DelayQueue中获取元素时,表示缓存有效期到了。 - 定时任务调度:使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间,一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行,比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。
是一个不存储元素的阻塞队列,每一个put操作必须等待一个take操作,否则不能继续添加元素,非常适合传递性场景。支持公平访问队列。默认情况下线程采用非公平策略访问队列。
是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列,LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。 transfer方法:如果当前有消费者正在等待接收元素(消费者使用take()或者带时间限制的poll方法时),transfer方法可以把生产者传入的元素立刻transfer给消费者,如果没有消费者在等待接收元素,transfer方法会将元素存放在队列的tail节点,并等到该元素被消费者消费了才返回。 tryTransfer方法:用来试探生产者传入的元素是否能直接传给消费者。如果没有消费者等待接收元素,则返回false。和transfer方法的区别是tryTransfer方法无论消费者是否接收,方法立刻返回,而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。
LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列是指可以从队列的两端插入和移除元素。双向队列因为多了一个操作队列的入口,在多线程同时入队时,也就减少了一半的竞争。相对其他的阻塞队列,LinkedBlockingDeque多了addFirst, addLast, offerFirst, offerLast, peekFirst, peekLast等方法,
Fork/Join框架是JDK7提供的一个用于并行执行任务的框架,是一个把大任务切分为若干子任务并行的执行,最终汇总每个小任务后得到大任务结果的框架。我们再通过Fork和Join来理解下Fork/Join框架。Fork就是把一个大任务划分成为若干子任务并行的执行,Join就是合并这些子任务的执行结果,最后得到这个大任务的结果。
使用Fork/Join框架时,首先需要创建一个ForkJoin任务,它提供在任务中执行fork()和join操作的机制。通常情况下,我们不需要直接继承ForkJoinTask,只需要继承它的子类,Fork/Join框架提供了两个子类:RecursiveAction用于没有返回结果的任务;RecursiveTask用于有返回结果的任务。ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行。
任务分割出的子任务会添加到当前工作线程所维护的双端队列中,进入队列的头部。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时,它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务。(工作窃取算法work-stealing)
示例:计算1+2+3+…+100的结果。
Java中Atomic包里一共提供了12个类,属于4种类型的原子更新方式,分别是原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新引用、原子更新属性(字段)。Atomic包里的类基本都是使用Unsafe实现的包装类。 1)原子更新基本类型:AtomicBoolean,AtomicInteger, AtomicLong. 2)原子更新数组:AtomicIntegerArray,AtomicLongArray, AtomicReferenceArray. 3)原子更新引用类型:AtomicReference, AtomicStampedReference, AtomicMarkableReference. 4 ) 原子更新字段类型:AtomicReferenceFieldUpdater, AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicLongFieldUpdater.
AtomicBoolean,AtomicInteger, AtomicLong三个类提供的方法类似,以AtomicInteger为例:有int addAndGet(int delta), boolean compareAndSet(int expect, int update), int getAndIncrement(), void lazySet(int newValue),int getAndSet(int newValue)。其中大多数的方法都是调用compareAndSet方法实现的,譬如getAndIncrement():
sun.misc.Unsafe只提供三种CAS方法:compareAndSwapObject, compareAndSwapInt和compareAndSwapLong,再看AtomicBoolean源码,发现它是先把Boolean转换成整形,再使用compareAndSwapInt进行CAS,原子更新char,float,double变量也可以用类似的思路来实现。
以AtomicIntegerArray为例,此类主要提供原子的方式更新数组里的整形,常用方法如下: int addAndGet(int i, int delta):以原子的方式将输入值与数组中索引i的元素相加。 boolean compareAndSet(int i, int expect, int update):如果当前值等于预期值,则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值。 AtomicIntegerArray的两个构造方法: AtomicIntegerArray(int length):指定数组的大小,并初始化为0 AtomicIntegerArray(int [] array):对给定的数组进行拷贝。 案例:
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CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。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(CountDownLatch(int count))。 CountDownLatch的方法有:await(), await(long timeout, TimeUnit unit), countDown(), getCount()等。
计数器必须大于等于0,只是等于0的时候,计数器就是零,调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法happens-before另一个线程调用的await()方法。
让一组线程达到一个屏障时被阻塞,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。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经达到了屏障,然后当前线程被阻塞。CyclicBarrier还提供了一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)用于在线程达到屏障时,优先执行barrierAction,方便处理更复杂的业务场景,举例如下。
输出结果:3 1 5 2 4
CountDownLatch的计数器只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。
Semaphore(信号量)是用来控制同事访问特定资源的线程数量,它协调各个线程,以保证合理的使用公共资源。Semaphore有两个构造函数:Semaphore(int permits)默认是非公平的,Semaphore(int permits, boolean fair)可以设置为公平的。应用案例如下:
由上例可以看出Semaphore的用法非常的简单,首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证,使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。Semaphore还提供了一些其他方法: 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,也是一个protected方法。
Exchanger是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger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,这两个线程就可以交换数据,将本现场生产出来的数据传递给对方。
输出结果:
如果两个线程有一个没有执行exchange(V x)方法,则会一直等待,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。
可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池:
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize, long keepAliveTime,
TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)
可以使用两个方法向线程池提交任务,分别为execute()和submit()方法。execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功。submit()方法用于提交需要返回值的任务,线程池会返回一个Future类型的对象,通过这个对象可以判断任务是否执行成功。如Future<Object> future = executor.submit(task);
利用线程池提供的参数进行监控,参数如下:
可以调用线程池的shutdown或者shutdownNow方法来关闭线程池。他们的原理是遍历线程池的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法停止。
区别:shutdown方法将执行平缓的关闭过程:不在接收新的任务,同时等待已提交的任务执行完成——包括哪些还未开始执行的任务。shutdownNow方法将执行粗暴的关闭过程:它将尝试取消所有运行中的任务,并且不再启动队列中尚未开始执行的任务。
只要调用了这两个关闭方法中的任意一个,isShutdown方法就会返回true,当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功,这时调用isTerminated方法会返回true。至于应该调用哪一种方法来关闭线程池,应该由提交到线程池的任务特性决定,通常调用shutdown方法来关闭线程池,如果任务不一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法。
可以通过继承线程池来自定义线程池,重写线程池的beforeExecute, afterExecute和terminated方法。在执行任务的线程中将调用beforeExecute和afterExecute等方法,在这些方法中还可以添加日志、计时、监视或者统计信息收集的功能。无论任务是从run中正常返回,还是抛出一个异常而返回,afterExecute都会被调用。如果任务在完成后带有一个Error,那么就不会调用afterExecute。如果beforeExecute抛出一个RuntimeException,那么任务将不被执行,并且afterExecute也不会被调用。在线程池完成关闭时调用terminated,也就是在所有任务都已经完成并且所有工作者线程也已经关闭后,terminated可以用来释放Executor在其生命周期里分配的各种资源,此外还可以执行发送通知、记录日志或者手机finalize统计等操作。
(完)
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