java.util.concurrent簡介

java.util.concurrent簡介

java.util.concurrent包提供了很多有用的類，方便我們進行併發程序的開發。本文將會做一個總體的簡單介紹。

主要的組件

java.util.concurrent包含了很多內容， 本文將會挑選其中常用的一些類來進行大概的說明：

• Executor
• ExecutorService
• ScheduledExecutorService
• Future
• CountDownLatch
• CyclicBarrier
• Semaphore
• ThreadFactory

Executor

Executor是一個接口，它定義了一個execute方法，這個方法接收一個Runnable，並在其中調用Runnable的run方法。

我們看一個Executor的實現：

public class Invoker implements Executor {
    @Override
    public void execute(Runnable r) {
        r.run();
    }
}

現在我們可以直接調用該類中的方法：

    public void execute() {
        Executor executor = new Invoker();
        executor.execute( () -> {
            log.info("{}", Thread.currentThread().toString());
        });
    }

注意，Executor並不一定要求執行的任務是異步的。

ExecutorService

如果我們真正的需要使用多線程的話，那麼就需要用到ExecutorService了。

ExecutorService管理了一個內存的隊列，並定時提交可用的線程。

我們首先定義一個Runnable類：

public class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // task details
    }
}

我們可以通過Executors來方便的創建ExecutorService：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

上面創建了一個ThreadPool， 我們也可以創建單線程的ExecutorService：

ExecutorService executor =Executors.newSingleThreadExecutor();

我們這樣提交task：

public void execute() { 
    executor.submit(new Task()); 
}

因爲ExecutorService維持了一個隊列，所以它不會自動關閉， 我們需要調用executor.shutdown() 或者executor.shutdownNow()來關閉它。

如果想要判斷ExecutorService中的線程在收到shutdown請求後是否全部執行完畢，可以調用如下的方法：

try {
            executor.awaitTermination( 5l, TimeUnit.SECONDS );
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

ScheduledExecutorService

ScheduledExecutorService和ExecutorService很類似，但是它可以週期性的執行任務。

我們這樣創建ScheduledExecutorService：

ScheduledExecutorService executorService
                = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

executorService的schedule方法，可以傳入Runnable也可以傳入Callable：

Future<String> future = executorService.schedule(() -> {
        // ...
        return "Hello world";
    }, 1, TimeUnit.SECONDS);
 
    ScheduledFuture<?> scheduledFuture = executorService.schedule(() -> {
        // ...
    }, 1, TimeUnit.SECONDS);

還有兩個比較相近的方法：

scheduleAtFixedRate( Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit )

scheduleWithFixedDelay( Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit ) 

兩者的區別是前者的period是以任務開始時間來計算的，後者是以任務結束時間來計算。

Future

Future用來獲取異步執行的結果。可以調用cancel(boolean mayInterruptIfRunning) 方法來取消線程的執行。

我們看下怎麼得到一個Future對象：

public void invoke() {
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
 
    Future<String> future = executorService.submit(() -> {
        // ...
        Thread.sleep(10000l);
        return "Hello world";
    });
}

我們看下怎麼獲取Future的結果：

if (future.isDone() && !future.isCancelled()) {
    try {
        str = future.get();
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

future還可以接受一個時間參數，超過指定的時間，將會報TimeoutException。

try {
    future.get(10, TimeUnit.SECONDS);
} catch (InterruptedException | ExecutionException | TimeoutException e) {
    e.printStackTrace();
}

CountDownLatch

CountDownLatch是一個併發中很有用的類，CountDownLatch會初始化一個counter，通過這個counter變量，來控制資源的訪問。我們會在後面的文章詳細介紹。

CyclicBarrier

CyclicBarrier和CountDownLatch很類似。CyclicBarrier主要用於多個線程互相等待的情況，可以通過調用await() 方法等待，知道達到要等的數量。

public class Task implements Runnable {
 
    private CyclicBarrier barrier;
 
    public Task(CyclicBarrier barrier) {
        this.barrier = barrier;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            LOG.info(Thread.currentThread().getName() + 
              " is waiting");
            barrier.await();
            LOG.info(Thread.currentThread().getName() + 
              " is released");
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

public void start() {
 
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
        // ...
        LOG.info("All previous tasks are completed");
    });
 
    Thread t1 = new Thread(new Task(cyclicBarrier), "T1"); 
    Thread t2 = new Thread(new Task(cyclicBarrier), "T2"); 
    Thread t3 = new Thread(new Task(cyclicBarrier), "T3"); 
 
    if (!cyclicBarrier.isBroken()) { 
        t1.start(); 
        t2.start(); 
        t3.start(); 
    }
}

Semaphore

Semaphore包含了一定數量的許可證，通過獲取許可證，從而獲得對資源的訪問權限。通過 tryAcquire()來獲取許可，如果獲取成功，許可證的數量將會減少。

一旦線程release()許可，許可的數量將會增加。

我們看下怎麼使用：

static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);
 
public void execute() throws InterruptedException {
 
    LOG.info("Available permit : " + semaphore.availablePermits());
    LOG.info("Number of threads waiting to acquire: " + 
      semaphore.getQueueLength());
 
    if (semaphore.tryAcquire()) {
        try {
            // ...
        }
        finally {
            semaphore.release();
        }
    }
 
}

ThreadFactory

ThreadFactory可以很方便的用來創建線程：

public class ThreadFactoryUsage implements ThreadFactory {
    private int threadId;
    private String name;

    public ThreadFactoryUsage(String name) {
        threadId = 1;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(r, name + "-Thread_" + threadId);
        log.info("created new thread with id : " + threadId +
                " and name : " + t.getName());
        threadId++;
        return t;
    }
}

本文的例子可以參考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/concurrent-overview

更多教程請參考 flydean的博客