【Java EE】JUC(java.util.concurrent) 的常见类

🌴Callable 接口

Callable 是⼀个 interface . 相当于把线程封装了⼀个 “返回值”. ⽅便程序猿借助多线程的⽅式计算结
果.

**代码示例: **

创建线程计算 1 + 2 + 3 + … + 1000, 不使⽤ Callable 版本。

• 创建⼀个类 Result , 包含⼀个 sum 表⽰最终结果, lock 表⽰线程同步使⽤的锁对象.
• main ⽅法中先创建 Result 实例, 然后创建⼀个线程 t. 在线程内部计算 1 + 2 + 3 + … + 1000.
• 主线程同时使⽤ wait 等待线程 t 计算结束. (注意, 如果执⾏到 wait 之前, 线程 t 已经计算完了, 就不
必等待了).
• 当线程 t 计算完毕后, 通过 notify 唤醒主线程, 主线程再打印结果.

public class Demo {static class Result {public int sum = 0;public Object lock = new Object();}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Result result = new Result();Thread t = new Thread() {@Overridepublic void run() {int sum = 0;for (int i = 1; i <= 1000; i++) {sum += i;}synchronized (result.lock) {result.sum = sum;result.lock.notify();}}};t.start();synchronized (result.lock) {while (result.sum == 0) {result.lock.wait();}System.out.println(result.sum);}}
}

可以看到, 上述代码需要⼀个辅助类 Result, 还需要使⽤⼀系列的加锁和 wait notify 操作, 代码复杂,
容易出错.

使⽤ Callable 版本代码示例

• 创建⼀个匿名内部类, 实现 Callable 接⼝. Callable 带有泛型参数. 泛型参数表⽰返回值的类型.
• 重写 Callable 的 call ⽅法, 完成累加的过程. 直接通过返回值返回计算结果.
• 把 callable 实例使⽤ FutureTask 包装⼀下.
• 创建线程, 线程的构造⽅法传⼊ FutureTask . 此时新线程就会执⾏ FutureTask 内部的 Callable 的
call ⽅法, 完成计算. 计算结果就放到了 FutureTask 对象中.
• 在主线程中调⽤ futureTask.get() 能够阻塞等待新线程计算完毕. 并获取到 FutureTask 中的
结果.

public class CallableTest {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum = 0;for(int i = 1; i<=1000; i++){sum+=i;}return sum;}};FutureTask<Integer> futuretask = new FutureTask<>(callable);Thread t = new Thread(futuretask);t.start();int result = futuretask.get();System.out.println(result);}
}

可以看到, 使⽤ Callable 和 FutureTask 之后, 代码简化了很多, 也不必⼿动写线程同步代码了.

理解 Callable

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 来使⽤. FutureTask ⽤来保存 Callable 的返回结果. 因为
Callable 往往是在另⼀个线程中执⾏的, 啥时候执⾏完并不确定.

FutureTask 就可以负责这个等待结果出来的⼯作.

理解 FutureTask

想象去吃⿇辣烫. 当餐点好后, 后厨就开始做了. 同时前台会给你⼀张 “⼩票” . 这个⼩票就是
FutureTask. 后⾯我们可以随时凭这张⼩票去查看⾃⼰的这份⿇辣烫做出来了没.

🎍ReentrantLock

可重⼊互斥锁. 和 synchronized 定位类似, 都是⽤来实现互斥效果, 保证线程安全.

ReentrantLock 也是可重⼊锁. “Reentrant” 这个单词的原意就是 “可重⼊”

ReentrantLock 的⽤法:
• lock(): 加锁, 如果获取不到锁就死等.
• trylock(超时时间): 加锁, 如果获取不到锁, 等待⼀定的时间之后就放弃加锁.
• unlock(): 解锁

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 
-----------------------------------------
lock.lock(); 
try { // working 
} finally { lock.unlock() 
}

ReentrantLock 和 synchronized 的区别:

• synchronized 是⼀个关键字, 是 JVM 内部实现的(⼤概率是基于 C++ 实现). ReentrantLock 是标准
库的⼀个类, 在 JVM 外实现的(基于 Java 实现).
• synchronized 使⽤时不需要⼿动释放锁. ReentrantLock 使⽤时需要⼿动释放. 使⽤起来更灵活, 但
是也容易遗漏 unlock.
• synchronized 在申请锁失败时, 会死等. ReentrantLock 可以通过 trylock 的⽅式等待⼀段时间就放
弃.
• synchronized 是⾮公平锁, ReentrantLock 默认是⾮公平锁. 可以通过构造⽅法传⼊⼀个 true 开启
公平锁模式.

// ReentrantLock 的构造⽅法
public ReentrantLock(boolean fair) {sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

• 更强⼤的唤醒机制. synchronized 是通过 Object 的 wait / notify 实现等待-唤醒. 每次唤醒的是⼀个
随机等待的线程. 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.

如何选择使⽤哪个锁?
• 锁竞争不激烈的时候, 使⽤ synchronized, 效率更⾼, ⾃动释放更⽅便.
• 锁竞争激烈的时候, 使⽤ ReentrantLock, 搭配 trylock 更灵活控制加锁的⾏为, ⽽不是死等.
• 如果需要使⽤公平锁, 使⽤ ReentrantLock

🍀原子类

原⼦类内部⽤的是 CAS 实现，所以性能要⽐加锁实现 i++ ⾼很多。原⼦类有以下⼏个
• AtomicBoolean
• AtomicInteger
• AtomicIntegerArray
• AtomicLong
• AtomicReference
• AtomicStampedReference

以 AtomicInteger 举例，常⻅⽅法有

addAndGet(int delta); i += delta;
decrementAndGet(); --i;
getAndDecrement(); i--;
incrementAndGet(); ++i;
getAndIncrement(); i++;

使用示例：

public class AtomicTest {static AtomicInteger count = new AtomicInteger();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 5000; i++) {count.getAndIncrement();}});Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 5000; i++) {count.getAndIncrement();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count.get());}
}

🌳线程池

虽然创建销毁线程⽐创建销毁进程更轻量, 但是在频繁创建销毁线程的时候还是会⽐较低效.

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, 下次如果需要⽤到线程就直接从池⼦中取, 不必通过系统来创建了.

ExecutorService 和 Executors

关于线程池这部分大家可以看博主之前的线程池详解

🌲信号量 Semaphore

信号量, ⽤来表⽰ “可⽤资源的个数”. 本质上就是⼀个计数器

理解信号量
可以把信号量想象成是停⻋场的展⽰牌: 当前有⻋位 100 个. 表⽰有 100 个可⽤资源.
当有⻋开进去的时候, 就相当于申请⼀个可⽤资源, 可⽤⻋位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作)
当有⻋开出来的时候, 就相当于释放⼀个可⽤资源, 可⽤⻋位就 +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.

Semaphore 的 PV 操作中的加减计数器操作都是原⼦的, 可以在多线程环境下直接使⽤.

代码⽰例
• 创建 Semaphore ⽰例, 初始化为 4, 表⽰有 4 个可⽤资源.
• acquire ⽅法表⽰申请资源(P操作), release ⽅法表⽰释放资源(V操作)
• 创建 20 个线程, 每个线程都尝试申请资源, sleep 1秒之后, 释放资源. 观察程序的执⾏效果.

public class Test {public static void main(String[] args) {Semaphore semaphore = new Semaphore(4);Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {System.out.println("申请资源");semaphore.acquire();System.out.println("我获取到资源了");Thread.sleep(1000);System.out.println("我释放资源了");semaphore.release();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}};for (int i = 0; i < 20; i++) {Thread t = new Thread(runnable);t.start();}}

☘️CountDownLatch、

同时等待 N 个任务执⾏结束.

好像跑步⽐赛，10个选⼿依次就位，哨声响才同时出发；所有选⼿都通过终点，才能公布成绩。

• 构造 CountDownLatch 实例, 初始化 10 表⽰有 10 个任务需要完成.
• 每个任务执⾏完毕, 都调⽤ latch.countDown() . 在 CountDownLatch 内部的计数器同时⾃
减.
• 主线程中使⽤ latch.await(); 阻塞等待所有任务执⾏完毕. 相当于计数器为 0 了.

public class Demo {public static void main(String[] args) throws Exception {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);Runnable r = new Runable() {@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(Math.random() * 10000);latch.countDown();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}};for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(r).start();}// 必须等到 10 ⼈全部回来latch.await();System.out.println("⽐赛结束");}
}

⭕相关面试题

线程同步的⽅式有哪些？

synchronized, ReentrantLock, Semaphore 等都可以⽤于线程同步

为什么有了 synchronized 还需要 juc 下的 lock？

以 juc 的 ReentrantLock 为例,

• synchronized 使⽤时不需要⼿动释放锁. ReentrantLock 使⽤时需要⼿动释放. 使⽤起来更灵活,
• synchronized 在申请锁失败时, 会死等. ReentrantLock 可以通过 trylock 的⽅式等待⼀段时间就放
弃.
• synchronized 是⾮公平锁, ReentrantLock 默认是⾮公平锁. 可以通过构造⽅法传⼊⼀个 true 开启
公平锁模式.
• synchronized 是通过 Object 的 wait / notify 实现等待-唤醒. 每次唤醒的是⼀个随机等待的线程.
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.

AtomicInteger 的实现原理是什么？

基于 CAS 机制. 伪代码如下:

class AtomicInteger {private int value;public int getAndIncrement() {int oldValue = value;while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {oldValue = value;}return oldValue;}
}

执⾏过程参考 “CAS详解与应用” 博客.

信号量听说过么？之前都⽤在过哪些场景下？

信号量, ⽤来表⽰ “可⽤资源的个数”. 本质上就是⼀个计数器.
比特就业课
使⽤信号量可以实现 “共享锁”, ⽐如某个资源允许 3 个线程同时使⽤, 那么就可以使⽤ P 操作作为加
锁, V 操作作为解锁, 前三个线程的 P 操作都能顺利返回, 后续线程再进⾏ P 操作就会阻塞等待, 直到前
⾯的线程执⾏了 V 操作.