Java多线程--JDK并发包（1）

之前介绍了synchronized关键字，它决定了额一个线程是否可以进入临界区；还有Object类的wait()和notify()方法，起到线程等待和唤醒作用。synchronized关键字经常和它们一起使用，因为wait和notify在调用之前需要获得“锁”，而锁时依靠synchronized获得的。

同步机制

重入锁

下面是一个使用ReentrantLock的简单例子。可以看到，和synchronized相比，必须手动调用unlock()方法释放资源。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ReEntryLock {
    public static class Demo implements Runnable {
        public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        public static int i = 0;
        @Override
        public void run() {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                lock.lock();
                try {
                    i++;
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
}

顾名思义，重入就是一个线程可以反复进入同一把锁，注意仅限于一个线程。下面的例子演示了一个个线程两次获得一把锁。

lock.lock();
lock.lock();
try{
    i++;
} finally {
    lock.unlock();
    lock.unlock();
}

有一点要注意，获得几次锁，释放时也放释放对应的次数，不能多释放，否则会抛出异常；少释放的话相当于该线程还持有着锁，其他线程依然不能进入临界区。

中断响应

对于synchronized，若一个线程在等待锁,要么：

拿到锁，继续执行；
继续等待。

而重入锁可以响应中断，lockInterruptibly()是一个可以对中断进行响应的锁申请动作。当线程调用interrupt()方法后，正在等待锁的线程可以接收到这个通知，被告知不用再等待，可以停止了。线程对中断的响应对处理死锁有一定帮助。

有等待时限的锁申请

在申请锁的时候使用tryLock(5, TimeUnit.SECONDS)就表示该线程最多等待5s，5s后还得不到就会返回false表示放弃对锁的等待。tryLock()还可以没有参数，此时如果锁没有被其他线程占用就立即返回true, 否则立即返回false，不会等待，可以认为是传入了时间0s。使用该方法可以改善死锁和饥饿的情况。

公平锁

所谓公平锁，即按照线程进入等待队列时间的先后顺序，先来的可以先得到锁。公平锁不会产生饥饿，只要排队，总有个时候轮到你。

synchronized进行锁控制产生的锁是不公平的，ReentrantLock有个构造函数，可以传入一个boolean类型的值，设定为true就能产生公平锁。

Condition条件

wait()和notify()\notifyAll()与synchronized关键字搭配使用，condition有await()和signal()\singalAll()方法，与重入锁搭配使用。和wait()\notify()一样，await()\signal()也需要在调用之前获得重入锁，await()被调用后会释放重入锁。

Condition是由lock.newCondition()生成的，可见这条语句生成一个和当前重入锁绑定的Condition。

// a Runnale class
@Override
public void run() {
    try {
        lock.lock();
        // 当前线程在condition对象上等待（进入condition的等待队列）
        condition.await();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
// in main
t1.start();
Thread.sleep(2000);
lock.lock();
// main主线程唤醒在condition上等待的t1线程（condition从队列释放一个线程）
condition.signal();
lock.unlock();

信号量

不论是synchronized还是重入锁ReentrantLock，都是一次只能允许一个线程访问一个资源。使用信号量Semaphore可以指定多个线程，同时访问某一个资源。

public Semaphore(int permits);
public Semaphore(int permits, boolean fair);

permits参数就决定了信号量能同时申请多少个许可，也就是指定允许多少个线程同时访问一个资源，fair表示是否为公平锁。

信号量使用起来和lock很像，不同的是允许指定个数的线程进入。举个例子:

Semaphore s = new Semaphore(5); // 允许同时5个线程进入临界区
@Override
public void run() {
    s.acquire(); // 有点类似lock.lock();
    System.out.println(Thread.currentThread().getId()); // 和lock不同，这个地方可允许5个线程同时进来
    s.release(); // 有点类似lock.unlock();
}

其中acquire()尝试获得一个准入的许可，若无法获得会等待；release()则是访问资源结束后释放许可，使得其他线程可以得到这个许可。

ReadWriteLock读写锁

读数据并不会对数据造成损坏，所以应允许多个线程同时读取，当时当有线程参与写操作时，应该阻塞——也就是线程之间：

读-读不互斥，不阻塞；
读-写互斥，读会阻塞写，写也会阻塞读；
写-写互斥，写写相互阻塞。

读写锁在读取次数远大于写次数时，有很好的性能。

倒计时类CountDownLatch

public CountDownLatch(int count)

接受一个参数count，也就是计数个数。

public static final CountDownLatch cdl = new CountDowmLatch(10); // 计数个数10
public static final CountDownLatchDemo demo = new CountDowmLatchDemo();
// class CountDowmLatchDemo implements Runnable
@Override
public void run() {
    try {
        /* some task */
        Thread.sleep(1000);
        cdl.countDown(); // 一个任务已完成，计数器减1
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
// in main
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10); // 固定10个线程的线程池
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    exec.submit(demo)；// 提交10个任务，也就是开了10个线程
}
// 当前的main线程阻塞在了cdl上，检查任务全部任务都完成后，在这里就是等cdl计数10次完毕后才可以继续执行
cdl.await();
System.out.println("计时10s终于结束了，该我表演了");
exec.shutDown(); // 别忘了关闭线程池，否则程序不会终止

循环栅栏CyclicBarrier

这个类也可以完成计数功能，但是比CountDownLatch更强大。这个计数器是可以循环使用的，比如设定了计数10，凑齐了第一批10个线程后，又开始一轮新的计数......

CyclicBarrier的强大之处在于在构造函数中还可以指定一个实现了Runnable接口的实例，表示每结束一次计数，就执行一次动作。结合循环可以实现强大的功能。比如每十分钟去检查一遍下载进度条...

线程阻塞工具LockSupport

该类可以在线程内任意位置让线程阻塞，不像Thread.suspend()那样由于在suspend之前就调用resume而导致的线程永久挂起，也不像wait()方法一样必须获得对象的锁才能调用。主要是park()和unpark()方法，即使unpark()在park()之前被调用了，也不用担心线程被永久挂起。因为LockSupport使用了类似信号量的机制，它为每个线程都准备了一个许可，若许可可用，park()立即返回，并将许可变成不可用；如果许可不可用，就会阻塞。而unpark()将一个许可变成可用。所以即使unpark()在park()之前被调用了，park()方法就立即返回了，这就杜绝了永久挂起的现象。

park()还能响应中断，且不抛出异常，只是默默返回。

by @sunhaiyu
2018.4.23