Java并发-优快云博客

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并发控制的11种方法

在Java中，并发控制是确保多个线程在执行时不会相互干扰，导致数据不一致或产生竞争条件的重要机制。以下是几种主要的并发控制方法：

‌synchronized 关键字‌：

synchronized 可以用于方法或代码块上，以确保在同一时间只有一个线程可以执行该代码区域。
当一个线程进入一个同步的实例方法或同步代码块时，它会自动获得该方法或代码块所在对象的锁。
如果是静态的同步方法，线程会获得该类的锁。

‌ReentrantLock‌：

ReentrantLock 是 java.util.concurrent.locks 包中的一个类，提供了比 synchronized 更高级的锁定功能。
它支持公平性锁定（按照线程请求锁的顺序来分配），提供了中断响应的锁获取方式，还支持多个条件变量。

‌读写锁 (ReadWriteLock)‌：

ReadWriteLock 也是一种高级的锁机制，它允许多个线程同时读取资源，但只允许一个线程写入资源。
ReadLock 可以被多个线程同时持有，而 WriteLock 是独占的。

‌线程本地存储 (ThreadLocal)‌：

ThreadLocal 类允许你创建线程局部变量，这些变量对于每个线程都是独立的。
它常用于避免共享数据，从而消除同步问题。

‌原子变量 (Atomic Variables)‌：

java.util.concurrent.atomic 包提供了一系列原子类，如 AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference 等。
这些类提供了原子操作，如递增、递减、比较并设置等，这些操作在多线程环境中是线程安全的。

‌信号量 (Semaphore)‌：

Semaphore 用于控制对某个资源的访问线程数。
它可以用来保护一个或多个资源，通过设定许可的数量来限制访问资源的线程数量。

‌倒计时门闩 (CountDownLatch)‌：

CountDownLatch 是一种同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程等待。
它通过一个计数器来实现，当计数器的值变为0时，所有等待的线程都会被释放。

‌周期栅栏 (CyclicBarrier)‌：

CyclicBarrier 是一种同步辅助类，它允许一组线程相互等待，达到一个共同的障碍点（Barrier）再继续执行。
与 CountDownLatch 不同的是，CyclicBarrier 可以被重置并重新使用。

‌交换器 (Exchanger)‌：

Exchanger 允许两个线程在一个交点（rendezvous point）处交换数据。
它适用于两个线程之间需要进行数据交换的场景。

‌LockSupport‌：

LockSupport 类提供了创建和管理锁的相关方法，以及线程阻塞和唤醒的低级方法。
它通常与其他并发组件结合使用，以实现更复杂的同步控制。

‌使用并发集合‌：

java.util.concurrent 包中提供了一系列线程安全的集合类，如 ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, BlockingQueue 接口及其实现等。
这些集合类在内部实现了必要的同步机制，使得在多线程环境中操作集合时无需额外的同步。

选择哪种并发控制方法取决于具体的应用场景和性能要求。在使用这些机制时，需要注意避免死锁、活锁和饥饿等问题。

并发实现原理

Java并发实现主要依赖于Java虚拟机(JVM)和Java标准库中的一系列机制和工具。并发编程允许程序同时执行多个任务，提高了程序的效率和响应性。下面是一些Java并发实现的关键原理和机制：1. 线程（Thread）
‌线程是并发执行的基本单位‌。在Java中，每个线程都有一个独立的执行路径。Java使用Thread类及其子类或者实现Runnable接口来创建和管理线程。
‌线程状态‌：线程在其生命周期中会处于不同的状态，如新建（New）、就绪（Ready）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）和终止（Terminated）。
2. 同步（Synchronization）
‌synchronized关键字‌：用于确保多线程对共享资源的同步访问，避免数据不一致和竞争条件。synchronized可以用于方法或代码块上。
‌锁（Locks）‌：Java提供了更高级的锁机制，如ReentrantLock，它提供了比synchronized更细粒度的锁控制和更多的功能，如锁中断、锁尝试和条件变量。
3. 并发集合（Concurrent Collections）
‌Java的java.util.concurrent包‌：提供了一系列线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们在高并发环境下提供了更好的性能和伸缩性。
4. 原子操作（Atomic Operations）
‌java.util.concurrent.atomic包‌：提供了一组原子变量类，如AtomicInteger、AtomicBoolean等，这些类通过原子操作来避免使用锁，从而在高并发环境中提供更高的性能。
5. 线程池（Thread Pools）
‌ExecutorService接口‌：Java通过ExecutorService接口提供了线程池机制，它允许重用现有的线程来执行多个任务，从而减少了线程的创建和销毁带来的开销。
‌Executors类‌：提供了方便的工厂方法来创建不同类型的线程池，如固定大小的线程池、缓存线程池和单线程池。
6. 并发模式（Concurrency Patterns）
‌生产者-消费者模式‌：通过BlockingQueue等并发集合实现了生产者和消费者之间的解耦和同步。
‌观察者模式‌：可以用于实现事件监听和回调机制，CompletableFuture和ExecutorService的回调方法就是这种模式的应用。
7. Java内存模型（Java Memory Model, JMM）
‌定义了变量的读取和写入、内存屏障、缓存一致性和线程之间的共享内存可见性等多线程编程的基本规则‌。JMM确保了线程对共享变量的修改能够被其他线程正确感知。
8. Fork/Join 框架
‌ForkJoinPool‌：Java 7引入的Fork/Join框架提供了一种高效的方式来处理可以递归分治的任务，它使用了一种工作窃取算法来平衡任务负载。