第五章 基础构建模块

5.1 同步容器类

　　Vector,Hashtable。对所有公有方法都是同步方法，使用synchronized修饰

　　5.1.1 同步容器类的问题

　　特殊情况还是需要客户端加锁。比如线程A遍历容器元素，线程B对同一个容器删除元素，会出现并发修改异常。解决办法是在客户端封装一层加锁方法。　　

public static Integer getValue(Vector<Integer> vector, int i) {
    synchronized (vector) {
        return vector.get(i);
    }
}

public static void deleteValue(Vector<Integer> vector, int i) {
    synchronized (vector) {
        vector.remove(i);
    }
}

　　5.1.2 迭代器域ConcurrentModificationException

　　产生的原因，迭代器遍历会有校验，当遍历过程中发现集合元素被修改时，抛出异常　　

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = (List)IntStream.range(1, 11).boxed().collect(Collectors.toList());
    Iterator var2 = list.iterator();

    while(var2.hasNext()) {
        Integer i = (Integer)var2.next();
        if (i == 10) {
            list.remove(i);
        }
    }
}

　　其中Iterator#next方法底层调用checkForComodification方法验证两个参数是否相等，一个是modCount，一个是expectedModCount。在迭代器初始化时，这两个参数设置成一样的。当集合修改元素时，modCount++，但是迭代器本身并不感知，expectedModCount无变化，导致下次遍历时验证失败抛出异常。解决办法是使用迭代器本身的remove方法，内里删除完后会重置使两者相等。

　　5.1.3 隐藏迭代器

　　有些方法隐式调用迭代器遍历，比如打印集合元素，foreach等。

5.2 并发容器JUC

　　同步容器不适合高并发场景使用，对集合的写入读取都会加锁。Java提供了并发容器改善性能。

　　5.2.1 ConcurrentHashMap

　　见数据结构的ConcurrentHashMap章节

　　5.2.3 CopyOnWriteArrayList

　　替代同步List，写时复制。每次修改都会加锁，复制原列表，在快照上修改，修改完成后替换引用并释放锁。读取是不用加锁的，读取的是历史版本。

5.3 阻塞队列和生产者-消费者模式

　　阻塞队列提供了可阻塞的put和take方法，支持定时的offer和poll方法。队列可以是有界和无界的，有界队列，当队列满时，put方法会阻塞；当队列空时，take方法会阻塞。

　　BlockingQueue有多种实现，其中LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue是FIFO队列，PriorityBlockingQueue支持按自定义优先级排序。

　　5.3.3 双端队列和工作密取

　　双端队列可以从头部和尾部插入和删除。工作密取：每个消费者对应一个各自的队列，从头部开始消费，当有新任务时插入到尾部，当自身的队列消费完毕后，会选择其他队列从尾部元素开始消费。

5.4 阻塞方法和中断

　　阻塞方法：在方法的执行过程中，线程会被阻塞进入等待。每个线程有一个中断标识，想要中断某个线程正在进行的操作可以设置这个标识。这时一种协作机制，是否真正中断是由目标线程自己选择的。当某个方法抛出InterruptedException时，这个方法的调用者必须要处理中断。有两种基本选择：

　　1.传递异常：重新抛出InterruptedException异常，交由更上层的调用者解决

　　2.恢复中断：有时候不能抛出异常，这个时候需要重新设置线程的中断状态，让上层知道。

　　见：https://www.cnblogs.com/walker993/p/14325458.html

5.5 同步工具类

　　根据自身的状态协调线程的运行逻辑。比如阻塞队列、信号量、栅栏、闭锁。

　　5.5.1 闭锁

　　相当于一扇门，到达结束状态前，门是锁着的，线程无法通过，到达结束状态后，门打开并且不会再关闭。　　　

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchTest {
    private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "初始化线程池完毕");
            latch.countDown();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "初始化数据库连接池完毕");
            latch.countDown();
        }).start();

        latch.await();
        System.out.println("启动完成");
    }
}

　　5.5.2 FutureTask

　　FutureTask是RunnableFuture的实现，RunnableFuture接口继承了Runnable和Future

　　1. Runnable，定义了run方法无返回值，线程执行的任务

　　2.Future，定义了一些跟踪任务执行的状态，阻塞获取执行结果的方法

　　所以说FutureTask可以看成是一个可以阻塞获得结果的任务。可能会问Runnable不是没有返回值吗？那获取什么返回值呢？

　　FutureTask有两个构造方法：

　　public FutureTask(Runnable runnable, V result)

　　和 public FutureTask(Callable<V> callable) 

　　其中Callable定义了call方法有返回值，FutureTask可以阻塞获得执行的结果。通过Runnable定义的FutureTask可以指定执行完成的返回结果。

　　5.5.3 信号量

　　用来控制一个资源的访问量，获得了许可的线程才能访问。

　　1.跟锁不同的时，一个线程获取了访问许可，可以由另一个线程中释放，也就是许可跟线程没有绑定关系。

　　2.不支持重入　　

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("---演示线程无关性---");
        ConnectionPool pool = new ConnectionPool(Lists.newArrayList(1));
        new Thread(pool::borrow).start();
        new Thread(pool::borrow).start();
        Thread.sleep(1000);
        new Thread(() -> pool.release(1)).start();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("---演示不支持重入---");
        ConnectionPool pool2 = new ConnectionPool(Lists.newArrayList(1));
        new Thread(() -> {
            pool2.borrow();
            pool2.borrow();
        }).start();
    }

    static class ConnectionPool {
        List<Object> pool;
        Semaphore semaphore;

        ConnectionPool(List<Object> conn) {
            this.pool = conn;
            semaphore = new Semaphore(conn.size());
        }

        private void borrow() {
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "尝试获取了连接");
            try {
                semaphore.acquire();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            pool.remove(pool.size() - 1);
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "获取了连接");
        }

        private void release(Object conn) {
            pool.add(conn);
            semaphore.release();
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getId() + "释放了连接");
        }
    }
}

　　实验结果：

　　

　　5.5.4 栅栏　　

　　类似于闭锁，但是可以重置。

public class CyclicBarrierTest {

    public static void main(String[] args) {
        testWait();
    }

    /**
     * 多线程任务等待测试
     * 场景：
     * 两阶段任务，3个线程一起执行，每阶段都需要全部执行完毕，才能开始下阶段
     */
    public static void testWait() {
        int allWorker = 3;
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(allWorker);
        new Thread(() -> {
            try {
                //阶段1
                Thread.sleep(100);
                int await = cyclicBarrier.await();//还需要等待的线程数
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第" + (allWorker - await) + "个完成阶段1工作");
                //尝试重置栅栏
                tryReset(await, cyclicBarrier);
                //阶段2
                Thread.sleep(1000);
                await = cyclicBarrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第" + (allWorker - await) + "个完成阶段2工作");

            } catch (Exception ignore) {
            }
        }, "线程a").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                //阶段1
                Thread.sleep(400);
                int await = cyclicBarrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第" + (allWorker - await) + "个完成阶段1工作");
                //尝试重置栅栏
                tryReset(await, cyclicBarrier);
                //阶段2
                Thread.sleep(600);
                await = cyclicBarrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第" + (allWorker - await) + "个完成阶段2工作");

            } catch (Exception ignore) {
            }
        }, "线程b").start();


        new Thread(() -> {
            try {
                //阶段1
                Thread.sleep(300);
                int await = cyclicBarrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第" + (allWorker - await) + "个完成阶段1工作");
                //尝试重置栅栏
                tryReset(await, cyclicBarrier);
                //阶段2
                Thread.sleep(100);
                await = cyclicBarrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第" + (allWorker - await) + "个完成阶段2工作");

            } catch (Exception ignore) {
            }
        }, "线程c").start();
    }

    /**
     * 当最后一个完成的会还原栅栏
     *
     * @param await         剩余需要等待的线程数
     * @param cyclicBarrier 栅栏
     */
    private static void tryReset(int await, CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        if (await == 0) {
            cyclicBarrier.reset();
        }
    }
}

　

　　5.5.5 Exchanger

　　线程间交换数据

public class ExchangerTest {

    public static void main(String[] args) {
        testDataExchange();
    }

    /**
     * 多线程数据交换测试
     * 场景：两个线程交换本地数据
     */
    public static void testDataExchange() {
        Exchanger<Goods> exchanger = new Exchanger<>();
        new Thread(() -> {
            Goods goods = new Goods("线程1-商品1");
            System.out.println("线程1生产了" + goods);
            try {
                goods = exchanger.exchange(goods);
            } catch (InterruptedException e) {
                //
            }
            System.out.println("线程1交换完毕，目前商品：" + goods);

        }).start();

        new Thread(() -> {
            Goods goods = new Goods("线程2-商品2");
            System.out.println("线程2生产了" + goods);
            try {
                goods = exchanger.exchange(goods);
            } catch (InterruptedException e) {
                //
            }
            System.out.println("线程2交换完毕，目前商品：" + goods);
        }).start();

    }

    @AllArgsConstructor
    static class Goods {
        private String name;

        @Override
        public String toString() {
            return name;
        }
    }
}