JUC 01

今天是2025/03/26 17:01 day 12

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今天进行JUC 1,2 个模块的归纳

首先是JUC的相关内容概括的思维导图

由于内容比较多且重要，

个人还整理了一份详细JUC的思维导图，需要的请评论。是 xmind文件

JUC 即 Java util concurrent，关于Java并发的核心概念和使用

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一、基础组件

1. 线程管理

核心类与功能

• ThreadFactory

  • 作用：自定义线程的创建过程（如命名线程、设置优先级、守护线程标记）。

  • 场景：

    • 在日志系统中为线程命名（如 logger-thread-{n}），便于问题排查。

    • 统一管理线程的异常处理或资源分配。

  • 示例：

    ThreadFactory factory = r -> {
        Thread t = new Thread(r);
        t.setName("custom-thread-" + t.getId());
        t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        return t;
    };
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5, factory);

• UncaughtExceptionHandler

  • 作用：捕获线程运行时未被处理的异常，防止线程因异常终止。

  • 场景：

    • 全局异常监控（如记录崩溃日志并触发告警）。

    • 优雅处理线程池任务中的未捕获异常。

  • 示例：

    Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler((t, e) -> {
        System.err.println("线程 " + t.getName() + " 崩溃: " + e.getMessage());
    });

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2. 原子类（Atomic）

核心类与原理

• 基础类型

  • AtomicInteger / AtomicLong：

    • 原理：基于 CAS（Compare-And-Swap）实现原子增减操作。

    • 方法：incrementAndGet(), compareAndSet(expected, newValue)。

    • 场景：计数器（如统计接口调用次数）。

    AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
    counter.incrementAndGet();  // 线程安全的递增

  • AtomicBoolean：

    • 场景：原子更新状态标志（如开关控制）。

    AtomicBoolean isRunning = new AtomicBoolean(true);
    if (isRunning.compareAndSet(true, false)) {  // 原子关闭
        // 执行关闭逻辑
    }

• 引用类型

  • AtomicReference：

    • 场景：原子更新对象引用（如无锁单例模式）。

    AtomicReference<Singleton> instance = new AtomicReference<>();
    instance.compareAndSet(null, new Singleton());  // 线程安全初始化

  • AtomicStampedReference：

    • 原理：通过版本戳（stamp）解决 ABA 问题（如并发队列中的节点更新）。

    • 方法：compareAndSet(expectedRef, newRef, expectedStamp, newStamp)。

• 高性能累加器

  • LongAdder：

    • 优势：在高并发场景下，性能优于 AtomicLong（内部使用分段计数减少竞争）。

    • 场景：统计 QPS（每秒请求数）等高频计数器。

    LongAdder adder = new LongAdder();
    adder.increment();  // 线程安全的累加

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二、并发工具

1. 并发集合

核心类与设计

• ConcurrentHashMap

  • JDK 7 vs JDK 8：

    • JDK7：分段锁（Segment），每段独立加锁。

    • JDK8+：Node + CAS + synchronized（锁粒度更细，性能更高）。

  • 场景：高并发缓存、全局配置存储。

  • 方法：

    ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
    map.putIfAbsent("key", "value");  // 原子插入

• CopyOnWriteArrayList

  • 原理：写操作时复制新数组（读无锁，写加锁）。

  • 场景：读多写少的监听器列表（如事件监听器集合）。

  • 缺点：写操作性能差（适合低频修改）。

• 阻塞队列（BlockingQueue）

  • ArrayBlockingQueue：

    • 特点：固定容量，基于数组实现。

    • 场景：生产者-消费者模型（如任务缓冲队列）。

    BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(100);
    queue.put(1);        // 阻塞插入（队列满时等待）
    Integer value = queue.take();  // 阻塞获取（队列空时等待）

  • LinkedBlockingQueue：

    • 特点：可选容量（默认无界），基于链表实现，吞吐量更高。

    • 风险：无界队列可能导致内存溢出。

  • DelayQueue：

    • 要求：元素需实现 Delayed 接口，指定延迟时间。

    • 场景：定时任务调度（如订单超时取消）。

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2. 同步器（Synchronizers）

核心类与使用

• CountDownLatch

  • 作用：等待一组线程完成任务后触发后续逻辑（一次性）。

  • 场景：

    • 服务启动依赖（等待所有子模块初始化完成）。

    • 并行计算后汇总结果。

  • 示例：

    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
    // 线程1/2/3 执行任务后调用 latch.countDown()
    latch.await();  // 主线程阻塞，直到计数器归零

• CyclicBarrier

  • 作用：多线程到达屏障后触发回调，支持重复使用。

  • 场景：多阶段任务协作（如并行计算分阶段汇总）。

  • 示例：

    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
        System.out.println("所有线程到达屏障！");
    });
    // 线程调用 barrier.await() 等待其他线程

• Semaphore

  • 作用：控制并发资源访问数（如限流）。

  • 场景：

    • 数据库连接池管理。

    • 接口 QPS 限制。

  • 示例：

    Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 允许10个并发
    semaphore.acquire();  // 获取许可（无可用许可时阻塞）
    try {
        // 访问资源
    } finally {
        semaphore.release();
    }

• Exchanger

  • 作用：两个线程间交换数据（双向传输）。

  • 场景：

    • 双缓冲数据交换（如生产者-消费者交替处理缓冲区）。

    • 游戏服务器中玩家数据同步。

  • 示例：

    Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();
    // 线程A：
    String dataA = exchanger.exchange("Data from A");  // 阻塞等待交换
    // 线程B：
    String dataB = exchanger.exchange("Data from B");

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对比与选型指南

工具	特点	适用场景
CountDownLatch	一次性，等待外部事件完成	服务启动依赖、并行计算汇总
CyclicBarrier	可重复使用，等待内部线程同步	分阶段任务协作
Semaphore	控制并发数，支持公平/非公平模式	资源池管理、接口限流
Exchanger	线程间双向数据交换	双缓冲切换、数据同步

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