Java并发编程常用工具类-青岛软件培训-Java培训-Python培训学校-万码学堂

2025-10-10 16:41

Java并发编程常用工具类

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1. Java 并发编程常用类概览

Java 的并发包 java.util.concurrent（简称 JUC）提供了丰富的工具，主要分为几大类：

类型	代表类	用途
原子类	`AtomicInteger`, `AtomicReference` 等	无锁地更新单个变量
并发集合	`ConcurrentHashMap`, `CopyOnWriteArrayList`	线程安全的集合，性能优于 `synchronized` 包装
线程池	`ThreadPoolExecutor`, `Executors`	统一管理线程，避免频繁创建/销毁
同步器	`CountDownLatch`, `CyclicBarrier`, `Semaphore`	控制线程间的协作
锁	`ReentrantLock`, `ReadWriteLock`	比 `synchronized` 更灵活的锁机制

2. 原子类（Atomic Classes）

这些类都基于 CAS 实现，用于无锁地更新变量。

类	用途	示例
`AtomicInteger`	原子整数	`counter.incrementAndGet()`
`AtomicLong`	原子长整数	`counter.incrementAndGet()`
`AtomicBoolean`	原子布尔值	标志位，如 `shutdown = new AtomicBoolean(false)`
`AtomicReference<T>`	原子引用任意对象	`AtomicReference<User> currentUser`
`AtomicLongArray`	原子长整型数组	高性能计数器数组
`AtomicStampedReference`	带版本号的引用（解决 ABA 问题）	防止 CAS 被 ABA 欺骗

适用场景：计数器、状态标志、ID 生成等简单共享变量。

3. 并发集合（Concurrent Collections）

比 Collections.synchronizedList(...) 性能更好，支持更高并发。

类	用途	特点
`ConcurrentHashMap<K,V>`	线程安全的 HashMap	分段锁或 CAS，读不加锁，写并发高 ✅ 推荐替代 `Hashtable` 或 `synchronizedMap`
`CopyOnWriteArrayList<E>`	线程安全的 List	写操作时复制整个数组，读操作完全无锁，适合读多写少场景（如监听器列表）
`BlockingQueue<E>` 接口及实现	阻塞队列	线程间安全传递数据，常用于生产者-消费者模式
→ `ArrayBlockingQueue`	有界阻塞队列	基于数组，容量固定
→ `LinkedBlockingQueue`	无界/有界阻塞队列	基于链表，吞吐量高
→ `PriorityBlockingQueue`	优先级阻塞队列	按优先级出队
`ConcurrentLinkedQueue<E>`	高性能无锁队列	基于 CAS，适用于高并发场景

示例：用 ConcurrentHashMap 存储用户缓存：

private static final ConcurrentHashMap<Long, User> userCache = new ConcurrentHashMap<>();

4. 同步器（Synchronizers）—— 控制线程协作

类	用途	场景举例
`CountDownLatch`	倒计时门闩：一个或多个线程等待其他线程完成	主线程等待 N 个任务全部完成
`CyclicBarrier`	循环栅栏：多个线程互相等待，直到都到达某个点	多个线程同时开始比赛
`Semaphore`	信号量：控制同时访问资源的线程数量	限制数据库连接数为 10
`Phaser`	更强大的 `CyclicBarrier` + `CountDownLatch`	动态调整参与线程数

示例：CountDownLatch

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 模拟任务
        System.out.println("任务完成");
        latch.countDown(); // 计数减1
    }).start();
}

latch.await(); // 等待所有任务完成
System.out.println("所有任务已完成！");

5. 显式锁（Explicit Locks）

比 synchronized 更灵活，支持尝试获取、超时、可中断等。

类	用途	特点
`ReentrantLock`	可重入锁	支持公平锁、尝试获取（`tryLock`）、条件变量（`Condition`）
`ReentrantReadWriteLock`	读写锁	读读不互斥，读写/写写互斥，适合读多写少场景

示例：读写锁

private final ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
private final Map<String, String> cache = new HashMap<>();

// 读操作
public String get(String key) {
    rwLock.readLock().lock();
    try {
        return cache.get(key);
    } finally {
        rwLock.readLock().unlock();
    }
}

// 写操作
public void put(String key, String value) {
    rwLock.writeLock().lock();
    try {
        cache.put(key, value);
    } finally {
        rwLock.writeLock().unlock();
    }
}

6. 线程池（Thread Pools）

避免频繁创建/销毁线程，提高性能。

类/工具	用途
`ExecutorService` 接口	线程池顶层接口
`ThreadPoolExecutor`	可定制的线程池（核心类）
`Executors` 工具类	快速创建常见线程池
→ `newFixedThreadPool(n)`	固定大小线程池
→ `newCachedThreadPool()`	缓存线程池，空闲线程60秒回收
→ `newSingleThreadExecutor()`	单线程池
→ `newScheduledThreadPool(n)`	支持定时/周期性任务

示例：提交任务

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

executor.submit(() -> {
    System.out.println("任务执行中...");
});

7. 总结：如何选择？

需求	推荐工具
简单计数、状态标志	`AtomicInteger`, `AtomicBoolean`
高并发映射缓存	`ConcurrentHashMap`
读多写少的列表	`CopyOnWriteArrayList`
生产者-消费者模型	`BlockingQueue`（如 `LinkedBlockingQueue`）
等待多个任务完成	`CountDownLatch`
多个线程同步开始	`CyclicBarrier`
限制并发数（如连接池）	`Semaphore`
读多写少的共享资源	`ReentrantReadWriteLock`
需要灵活锁控制	`ReentrantLock`
异步执行任务	`ThreadPoolExecutor`