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Callable 接口ReentrantLock原子类线程池信号量 Semaphore☘️CountDownLatch、⭕相关面试题
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() {
@Override
public 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
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum = 0;
for(int i = 1; i<=1000; i++){
sum+=i;
}
return sum;
}
};
FutureTask
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() {
@Override
public 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() {
@Override
public 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.
解释⼀下 ThreadPoolExecutor 构造⽅法的参数的含义
参考博主的 线程池详解 博客
参考文章
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