多线程复习之并发容器、框架、工具类

一.并发容器
1. 队列
如果要实现一个线程安全的队列有两种方式:一种是使用阻塞算法,另一种是使用非阻塞算法。使用阻塞算法的队列可以用一个锁(入队和出队用同一把锁)或两个锁(入队和出队用不同的锁)等方式来实现,非阻塞的实现方式则可以使用循环CAS的方式来实现。
1.1 非阻塞的方式(ConcurrentLinkedQueue)
入队:线程入队时必须先获取尾节点,然后设置尾节点的下一个节点为入队节点,但这时可能有另外一个线程插队了,那么队列的尾节点就会发生变化,这时当前线程重新获取尾节点并且重试。(CAS比较式)
出队:首先获取头节点的元素,然后判断头节点元素是否为空(出队之后原来元素就不保存了),如果为空,表示另外一个线程已经进行了一次出队操作将该节点的元素取走,如果不为空,则使用CAS的方式将头节点的引用设置成null,如果CAS成功,则直接返回头节点的元素,如果不成功,表示另外一个线程已经进行了一次出队操作更新了head节点,导致元素发生了变化,需要重新获取头节点。
1.2 阻塞队列
阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。
1)支持阻塞的插入方法:意思是当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不满。
2)支持阻塞的移除方法:意思是在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空在阻塞队列不可用时
二. Fork/Join 框架
1 概述
Fork/Join框架是Java 7提供的一个用于并行执行任务的框架,是一个把大任务分割成若干个小任务,最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
2 工作窃取算法
工作窃取算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行,如A线程负责处理A队列里的任务。但是,有的线程会先把自己队列里的任务干完,而其他线程对应的队列里还有任务等待处理。干完活的线程与其等着,不如去帮其他线程干活,于是它就去其他线程的队列里窃取一个任务来执行。而在这时它们会访问同一个队列,所以为了减少窃取任务线程和被窃取任务线程之间的竞争,通常会使用双端队列被窃取任务线程永远从双端队列的头部拿任务执行,而窃取任务的线程永远从双端队列的尾部拿任务执行。
Fork/Join的优缺点:
优点:充分利用线程进行并行计算,减少了线程间的竞争(同步),提高效率;
缺点:在某些情况下还是存在竞争,比如双端队列里只有一个任务时。并且该算法会消耗了更多的系统资源,比如创建多个线程和多个双端队列。
三.并发工具类
1. 等待多线程完成
1.1) join()
主线程等待其它线程完成任务,可以在主线程中使用join(),其实现原理是不停检查join线程是否存活,如果join线程存活则让当前线程永远等待。
2. 控制并发线程数
Semaphore(信号量)用来控制同时访问特定资源的线程数量,它通过协调各个线程,以保证合理的使用公共资源。Semaphore内部维护了一个计数器,其值为可以访问的共享资源的个数。一个线程要访问共享资源,先获得信号量,如果信号量的计数器值大于1,意味着有共享资源可以访问,则使其计数器值减去1,再访问共享资源。如果计数器值为0,线程进入休眠。当某个线程使用完共享资源后,释放信号量,并将信号量内部的计数器加1,之前进入休眠的线程将被唤醒并再次试图获得信号量。
使用方法:Semaphore semaphore = new Semaphore(10,true);
semaphore.acquire();
//do something here
semaphore.release();
3. Exchanger
Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点(交换点),在这个同步点,两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据,如果第一个线程先执行exchange()方法,它会一直等待第二个线程也执行exchange方法,当两个线程都到达同步点时,这两个线程就可以交换数据,将本线程生产出来的数据传递给对方。
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