java併發程式設計的藝術筆記第八章——java中的併發工具類
在JDK的併發包裡面提供了幾個非常有用的併發工具,CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore工具類提供了一種併發控制流程的手段,Exchanger工具類則提供了線上程間交換資料的一種手段。
1、等待多執行緒完成的CountDownLatch
CountDownLatch是一個同步輔助類,在完成一組正在其他執行緒中執行的操作之前,它執行一個或者多個執行緒一直處於等待狀態。
CountDownLatch中有兩個關鍵的方法
public void countDown() {}
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit){}
CountDownLatch是一個計數器,在它的構造方法中需要指定一個值,用來設定計數的次數。
每呼叫一次countDown()方法,數值便會減一,CountDownLatch會一直阻塞著呼叫await()方法的執行緒
直到計數器的值變為0。
設想有這樣一個功能需要Thread1、Thread2、Thread3、Thread4四條執行緒分別統計C、D、E、F
四個盤的大小,所有執行緒都統計完畢交給主執行緒去做彙總,利用CountDownLatch來完成就非常輕鬆。
在實際的專案開發中,有類似的應用場景用CountDownLatch來實現也非常簡單實用。
package com.dreyer.javadoc.thread;
import java.util.Date;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
/**
* @description CountDownLatch
* @author: 會跳舞的機器人
* @date: 16/5/14 下午11:41
*/
public class CountDownLatchDemo {
/**
*
*/
private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(4);
/**
* 執行緒池
*/
private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
/**
* 開啟的執行緒數
*/
private static int THREAD_COUNT = 4;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
executor.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
// 模擬業務邏輯的耗時
int timer = new Random().nextInt(5);
TimeUnit.SECONDS.sleep(timer);
System.out.printf("%s時完成磁碟的統計任務,耗費%d秒.\n", new Date().toString(), timer);
// 業務處理完成之後,計數器減一
countDownLatch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
// 主執行緒一直被阻塞,直到countDownLatch的值為0
countDownLatch.await();
System.out.printf("%s時全部任務都完成,執行合併計算.\n", new Date().toString());
executor.shutdown();
}
}
程式輸出:
Fri Aug 18 15:20:14 CST 2017時完成磁碟的統計任務,耗費0秒.
Fri Aug 18 15:20:15 CST 2017時完成磁碟的統計任務,耗費1秒.
Fri Aug 18 15:20:16 CST 2017時完成磁碟的統計任務,耗費2秒.
Fri Aug 18 15:20:17 CST 2017時完成磁碟的統計任務,耗費3秒.
Fri Aug 18 15:20:17 CST 2017時全部任務都完成,執行合併計算.
從輸出中我們可以看出“執行合併計算”這句是在所有執行緒完成統計任務之後才輸出的。
2、同步屏障CyclicBarrier
CyclicBarrier要做的事情是,讓一組執行緒到達一個屏障(也可以叫同步點)時被阻塞,直到最後一個執行緒到達屏障時,屏障才會開門,所有被屏障攔截的執行緒才會繼續執行。
CyclicBarrier初始化的時候,設定一個屏障數。執行緒呼叫await()方法的時候,這個執行緒就會被阻塞,當呼叫await()的執行緒數量到達屏障數的時候,主執行緒就會取消所有被阻塞執行緒的狀態。
其構造方法如下:
public CyclicBarrier(int parties){}
引數parties則為初始化時的屏障數
CyclicBarrier還提供一個更高階的建構函式
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {}
用於線上程到達屏障時,優先執行barrierAction,方便處理更復雜的業務場景
例如,用一個Excel儲存了使用者所有的銀行流水,每個sheet儲存一個賬戶近一年的每筆交易流水,現在需要統計使用者的日均交易流水,先用多執行緒處理每個sheet裡的交易流水,都處理完後,得到每個sheet的日均交易流水,最後再用barrierAction用這些執行緒的計算結果,計算出整個Excel的日均銀行流水,程式碼如下:
package com.dreyer.javadoc.thread;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.*;
/**
* @description 銀行交易流水服務類
* @author: 會跳舞的機器人
* @date: 16/5/15 上午11:29
*/
public class BankWaterService implements Runnable {
/**
* 建立4個屏障,處理完之後,執行當前類的run方法
*/
private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(4, this);
/**
* 啟動4個執行緒
*/
private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
/**
* 儲存每個sheet計算出來的銀行交易流水結果
*/
private ConcurrentHashMap<String, Integer> sheetBankWaterCount = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();
/**
* 交易流水統計
*/
private void count() {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
executor.execute(new Runnable() {
public void run() {
// 模擬計算當前sheet的銀行交易流水資料的業務處理
sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(), 1);
// 銀行交易流水計算完成後,插入一個屏障
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
/**
* 彙總計算結果
*/
public void run() {
int result = 0;
for (Map.Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) {
result += sheet.getValue();
}
// 設定計算結果,並輸出
sheetBankWaterCount.put("result", result);
System.out.println(result);
}
public static void main(String[] args) {
BankWaterService service = new BankWaterService();
service.count();
}
}
3、控制併發執行緒數Semaphore
Semaphore被用於控制特定資源在同一個時間被訪問的執行緒數量,它通過協調各個執行緒,以保證資源可以被合理的使用。
做個比喻,把Semaphore比作是控制流量的紅綠燈,比如xx馬路要限制流量,只允許同時有一百輛車在馬路上行駛,其他的都必須在路口等待,所以前一百輛會看到綠燈,可以開進馬路,後面的車會看到紅燈,不能開進馬路,但是如果前面一百輛車中有5輛已經離開了馬路,那後面就允許有5輛車駛入馬路,這裡例子裡說的車就是執行緒,駛入馬路就代表執行緒正在執行,離開馬路就表示執行緒執行完成,看到紅燈就代表執行緒被阻塞,不能執行。
應用場景:Semaph可以用來做流量限制,特別是公共資源有限的應用場景,比如說資料庫連線。
假如有一個需求,要讀取幾萬個檔案的資料,因為都是IO密集型人物,我們可以啟動幾十個執行緒併發的讀取,但是如果讀取到記憶體後,還需要儲存到資料庫,而資料庫的連線數只有10個,這時候我們就必須控制只有10個執行緒同時獲取到資料庫連線,否則會丟擲異常提示無法連線資料庫。針對這種情況,我們就可以使用Semaphore來做流量控制。程式碼如下:
package com.dreyer.javadoc.thread;
import java.util.concurrent.*;
/**
* @description
* @author: 會跳舞的機器人
* @date: 16/5/15 上午11:59
*/
public class SemaphoreDemo {
/**
* 執行緒數量
*/
private static final int THREAD_COUNT = 30;
/**
* 執行緒池
*/
private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
private static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
executor.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
// 獲取一個"許可證"
semaphore.acquire();
// 模擬資料儲存
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
System.out.println("save date...");
// 執行完後,歸還"許可證"
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
executor.shutdown();
}
}
在程式碼中,雖然有30個執行緒在執行,但是隻執行10個併發的執行。所以我們可以看到在執行的過程中
save data...是每10個輸出的。
Semaphore的構造方法Semaphore(int permits)接受一個整形的數字,表示可用的許可證數量。
Semaphore(10)表示執行10個執行緒獲取許可證,也就是最大的併發數是10。
Semaphore的用法也很簡單,首先使用Semaphore.acquire()方法獲取一個許可證,使用完之後呼叫release()方法歸還許可證。
4、執行緒間交換資料的Exchanger
Exchanger(交換者)是一個用於執行緒間協作的工具類。Exchanger用於進行執行緒間的資料交換。它提供一個同步點,在這個同步點,兩個執行緒可以交換彼此的資料。這兩個執行緒通過exchange方法交換資料,如果第一個執行緒先執行exchange()方法,它會一直等待第二個執行緒也執行exchange方法,當兩個執行緒都到達同步點時,這兩個執行緒就可以交換資料,將本執行緒生產出來的資料傳遞給對方。
下面來看一下Exchanger的應用場景。
Exchanger可以用於遺傳演算法,遺傳演算法裡需要選出兩個人作為交配物件,這時候會交換兩人的資料,並使用交叉規則得出2個交配結果。Exchanger也可以用於校對工作,比如我們需要將紙製銀行流水通過人工的方式錄入成電子銀行流水,為了避免錯誤,採用AB崗兩人進行錄入,錄入到Excel之後,系統需要載入這兩個Excel,並對兩個Excel資料進行校對,看看是否
錄入一致,程式碼示例如下:
package main.java.com.robot.demo;
import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @author: 會跳舞的機器人
* @date: 2017/8/18 15:32
* @description: 執行緒間交換資料的Exchanger示例
*/
public class ExchangerDemo {
private static final Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();
/**
* 執行緒數
*/
private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
public static void main(String[] args) {
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
String a = "銀行流水A"; // A錄入的銀行流水資料
exchanger.exchange(a);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
String b = "銀行流水B"; // B錄入的銀行流水資料
String a = exchanger.exchange(b);
System.out.println("A和B的資料是否一致:" + a.equals(b) + ";A錄入的是" + a + ";B錄入的是:" + b);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
executorService.shutdown();
}
}
程式碼輸出:
A和B的資料是否一致:false;A錄入的是銀行流水A;B錄入的是:銀行流水B
如果把變數a、b的值改為一樣的,則會輸出
A和B的資料是否一致:true;A錄入的是銀行流水A;B錄入的是:銀行流水A
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