多线程工具包

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AQS介绍

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是Java中提供的一个用于构建锁和其他同步器的框架,它是Java并发包中很多同步器的基础。AQS提供了一套底层同步机制,使得开发者可以基于AQS相对简单地构建高效的同步器。

Java并发包中提供了多种同步器框架,其中常用的有以下几种:

  1. AQS(AbstractQueuedSynchronizer):是Java中提供的一个用于构建锁和其他同步器的框架,它是Java并发包中很多同步器的基础。
  2. Semaphore:是一种计数信号量,用于控制同时访问特定资源的线程数量,例如数据库连接池、线程池等。
  3. CountDownLatch:是一种计数器,用于同步一个或多个线程,等待其它线程完成操作之后再执行。
  4. CyclicBarrier:是一种同步辅助类,用于在一组线程中等待所有线程都达到某个屏障点之后再一起执行。
  5. Phaser:是一种高级的同步辅助类,可以替代CyclicBarrier和CountDownLatch。
  6. Exchanger:是一种用于两个线程之间交换数据的同步器。
  7. LockSupport:是一个线程阻塞工具,可以挂起和唤醒线程。

以上同步器框架都是Java中提供的重要组件,能够帮助开发者实现不同的同步需求,提高代码的可靠性和性能。

AQS的核心思想是使用一个FIFO队列来管理等待线程,并利用CAS(Compare and Swap)操作来实现线程的加锁和释放,它支持独占模式和共享模式两种方式。

在独占模式下,同一时刻只能有一个线程获得锁,其它线程必须等待;在共享模式下,多个线程可以同时获得锁,适用于读多写少的场景。

AQS使用一个int类型的变量表示锁状态,锁状态的高16位表示当前锁的状态,低16位表示等待线程的数量。AQS中的所有操作都是基于CAS操作实现的,如获取锁、释放锁、加入等待队列等。

AQS的使用需要继承AQS类,并实现tryAcquire、tryRelease等方法,这些方法定义了锁的具体逻辑。通过对tryAcquire、tryRelease方法的实现,可以实现独占锁或共享锁等功能。

AQS提供了很多底层支持,例如条件变量、线程阻塞、超时等特性,能够帮助开发者更方便地实现高性能的同步器。在Java中,很多同步器(如ReentrantLock)都是基于AQS实现的。

总之,AQS是Java中提供的一个构建锁和其他同步器的框架,提供了底层的同步机制和丰富的特性,能够帮助开发者实现高效的同步器,是Java并发编程中不可或缺的重要组件

ThreadLocal类介绍

ThreadLocal是Java中一个非常有用的工具类,它提供了线程本地存储的功能,可以让每个线程独立地存储和读取数据,避免了多线程之间的数据共享和同步问题。

ThreadLocal实现了一个简单的键值对存储,其中键是当前线程,值是要存储的对象。通过ThreadLocal的set()方法可以在当前线程中设置一个值,通过get()方法可以获取当前线程中的值。每个线程都有一个独立的存储空间,不会和其他线程的存储空间发生冲突。

ThreadLocal常用于存储线程相关的上下文信息,例如HTTP请求信息、数据库连接、用户信息等。在多线程环境下,使用ThreadLocal可以避免线程安全问题和资源竞争,并且可以提高程序的性能。

需要注意的是,使用ThreadLocal时需要注意及时清理线程本地变量,否则可能会导致内存泄漏问题。可以通过ThreadLocal的remove()方法来清理线程本地变量。

总之,ThreadLocal是Java多线程编程中非常有用的工具类,可以提高程序的性能和可靠性,但需要注意内存泄漏问题。

Future 类介绍

Future是Java中的一个接口,它代表一个异步计算的结果,该结果可能尚未准备好,也可能已经准备好,等待被获取。Future可以用于异步执行长时间运行的操作,以避免阻塞调用线程。

Future提供了一组方法,可以查询异步操作的状态和获取异步操作的结果。其中最常用的方法是get(),它会阻塞当前线程,直到异步操作完成并返回结果。如果异步操作还未完成,get()方法会一直阻塞,直到异步操作完成并返回结果。

另外,Future还提供了isDone()方法和cancel()方法,用于查询异步操作的状态和取消异步操作。

在Java 8中,Future被扩展为CompletableFuture,它提供了更多的异步操作和组合操作,可以更方便地处理异步操作的结果。

总之,Future是Java中处理异步操作的重要接口之一,它可以避免阻塞调用线程,并提供了一组方法来查询异步操作的状态和获取异步操作的结果。

Atomic 原子类介绍

Java中的原子类是一组线程安全的数据类型,它们提供了一些原子性的操作,例如原子递增、原子赋值等,能够保证在多线程环境下的操作是原子性的,避免了线程安全问题。

原子类的实现原理是通过CAS(compare and swap)算法来实现的。CAS算法是一种无锁算法,它利用了CPU提供的原子指令来实现原子性操作,通过比较内存中的值和期望的值是否相等来决定是否更新内存中的值,从而避免了多线程竞争的问题。

Java中常用的原子类有AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean、AtomicReference等,它们提供了一些常见的原子性操作,例如get()、set()、compareAndSet()、incrementAndGet()等。

原子类可以在多线程并发访问的情况下,保证数据的线程安全性,避免了加锁和解锁操作的性能损耗,因此在高并发的应用中,原子类可以提高程序的性能。

需要注意的是,虽然原子类能够保证单个操作的原子性,但如果需要进行多个原子操作的组合,例如“先判断后增加”等复合操作,还需要通过synchronized或者Lock等机制来保证线程安全。

总之,Java中的原子类提供了一些线程安全的数据类型和操作,可以保证在多线程环境下的操作是原子性的,并提高程序的性能。

锁类介绍

Java中的锁类是一组线程同步的机制,它们提供了一些可重入、可阻塞、可中断、公平性等特性,可以用于控制多线程并发访问共享资源的安全性。

Java中的锁类主要包括synchronized关键字、ReentrantLock类、ReentrantReadWriteLock类和StampedLock类等。

synchronized关键字是Java中最基本的锁机制,它是一种悲观锁,能够保证同一时刻只有一个线程访问共享资源,避免了竞争和并发问题。synchronized关键字可以修饰方法和代码块,能够提供一定的可重入性和互斥性。

ReentrantLock类是一种可重入锁,它提供了与synchronized关键字类似的功能,但同时提供了更多的扩展功能,例如可中断、公平性等特性。ReentrantLock类可以手动加锁和释放锁,可以在需要的时候进行可中断的加锁和解锁操作,还可以设置公平性来保证线程公平竞争共享资源。

ReentrantReadWriteLock类是一种读写锁,它分为读锁和写锁,读锁可以被多个线程同时持有,写锁只能被一个线程持有。ReentrantReadWriteLock类提供了更高的并发性能,能够在读多写少的场景下提高程序的性能。

StampedLock类是一种基于乐观锁的锁机制,它提供了一种比读写锁更高效的锁机制,能够在读多写少的场景下提高程序的性能。StampedLock类通过版本号来保证数据的一致性,使用乐观锁机制避免了重量级锁的开销。

总之,Java中的锁类提供了一些可重入、可阻塞、可中断、公平性等特性,能够保证多线程并发访问共享资源的安全性和性能。在选择锁类时,需要根据实际情况选择适合的锁机制,避免死锁和性能问题。