前言

最近在看并发编程艺术这本书，对看书的一些笔记及个人工作中的总结。

Callable和Future使用

Future模式非常适合在处理很耗时很长的业务逻辑时进行使用，可以有效的减小系统的响应时间，提高系统的吞吐量。

//get方法的作用之前也讲过了，阻塞直到异步执行结果返回才不阻塞，继续往下执行
public class TestFuture implements Callable<String> {
    private String para;

    public TestFuture(String para){
        this.para = para;
    }

    /**
     * 这里是真实的业务逻辑，其执行可能很慢
     */
    @Override
    public String call() throws Exception {
        //模拟执行耗时,模拟的是db操作，para就是查询条件
        Thread.sleep(5000);
        String result = this.para + "处理完成";
        System.out.println("执行成功了！！！！！");
        return result;
    }

    //主控制函数
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String queryStr = "query";
        //构造FutureTask，并且传入需要真正进行业务逻辑处理的类,该类一定是实现了Callable接口的类
        FutureTask<String> future = new FutureTask<>(new TestFuture(queryStr));

        FutureTask<String> future2 = new FutureTask<>(new TestFuture(queryStr));
        //创建一个固定线程的线程池且线程数为2,
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
        //这里提交任务future,则开启线程执行RealData的call()方法执行
        //submit和execute的区别： 第一点是submit可以传入实现Callable接口的实例对象， 第二点是submit方法有返回值
        Future f1 = executor.submit(future);        //单独启动一个线程去执行的
        Future f2 = executor.submit(future2);
        //f1.get() == null的时候说明已经取到了结果，执行到了最后
        System.out.println("请求完毕");

        try {
            //这里可以做额外的数据操作，也就是主程序执行其他业务逻辑
            System.out.println("处理实际的业务逻辑...");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //调用获取数据方法,如果call()方法没有执行完成,则依然会进行等
        //System.out.println("数据：" + future.get());
        //System.out.println("数据：" + future2.get());

        executor.shutdown();
    }

}

CountDownLatch

//join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。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。
public class JoinCountDownLatchTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(() -> {

        });

        Thread parser2 = new Thread(() -> System.out.println("parser2 finish"));

        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("all parser finish");
    }

}

join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。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。直到join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用

使用CountDownLatch也可以实现

public class CountDownLatchTest {

    //参数是2表示对象执行2次countDown方法才能释放锁
    static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(1);
            c.countDown();  
            System.out.println(2);
            c.countDown();
        }).start();

        c.await(); //线程等待
        System.out.println("3");
    }

}

同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

public class CyclicBarrierTest {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {

            }
            System.out.println(1);
        }).start();

        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println(2);
    }
}

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier（int parties，Runnable barrier-Action），用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景

//先执行线程A
public class CyclicBarrierTest2 {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {

            }
            System.out.println(1);
        }).start();

        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println(2);
    }

    static class A implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(3);
        }

    }

}

执行结果：

3
1
2

** CyclicBarrier的应用场景 **
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。例如，用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个Sheet保存一个账户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个sheet里的银行流水，都执行完之后，得到每个sheet的日均银行流水，最后，再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水，

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。
CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得Cyclic-Barrier阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

public class CyclicBarrierTest3 {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {
            }
        });
        thread.start();
        thread.interrupt();
        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(c.isBroken());
        }
    }
}

Semaphore

Semaphore（信号量）是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可以控制系统的流量，拿到信号量的线程可以进入，否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

public class TestSemaphore {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        // 只能5个线程同时访问
        final Semaphore semp = new Semaphore(5);
        // 模拟20个客户端访问
        for (int index = 0; index < 20; index++) {
            final int NO = index;
            Runnable run = () -> {
                try {
                    // 获取许可
                    semp.acquire();
                    System.out.println("Accessing: " + NO);
                    //模拟实际业务逻辑
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                    // 访问完后，释放
                    semp.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            };
            exec.execute(run);
        }

        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //System.out.println(semp.getQueueLength());
        // 退出线程池
        exec.shutdown();
    }
}

Semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制

//线程池中有30个线程，但是只有10个线程可以获得许可
public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire(); //获取许可证
                        System.out.println("save data");
                        Thread.sleep(1000);
                        s.release(); //释放许可证
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }

        threadPool.shutdown();
    }
}

其他方法
Semaphore：还提供一些其他方法，具体如下。
intavailablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
intgetQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
booleanhasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
void reducePermits（int reduction）：减少reduction个许可证，是个protected方法。
Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected方法。

线程间交换数据的Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，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。

public class ExchangerTest {

    private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {

        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String A = "银行流水A";// A录入银行流水数据
                    Thread.sleep(4000);
                    exgr.exchange(A);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });

        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String B = "银行流水B";// B录入银行流水数据
                    String A = exgr.exchange("B"); //得到A值
                    System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是：" + A + "，B录入是：" + B);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });

        threadPool.shutdown();

    }
}

如果两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange（V x，longtimeout，TimeUnit unit）设置最大等待时长。