《吃透Java》- 并發(fā)何須懼，工具來(lái)相助！
大家好，我是小菜。一個(gè)希望能夠成為 吹著牛X談架構(gòu) 的男人！如果你也想成為我想成為的人，不然點(diǎn)個(gè)關(guān)注做個(gè)伴，讓小菜不再孤單！
本文主要介紹
搬磚必備的并發(fā)工具類來(lái)都來(lái)了，點(diǎn)個(gè)在看怎么了~！
微信公眾號(hào)已開(kāi)啟，小菜良記，沒(méi)關(guān)注的同學(xué)們記得關(guān)注哦！
作為一名躺平的搬磚工程師，在內(nèi)卷時(shí)期，慢條斯理地搬磚可能已經(jīng)離你而去。磚是一種共享資源，現(xiàn)如今每個(gè)搬磚工都想追求質(zhì)量的又要同時(shí)保持高效的搬磚速率，在爭(zhēng)奪的情況下會(huì)不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)的情況？你搬過(guò)的磚卻計(jì)算在別人的KPI上，原本只想 躺平，卻沒(méi)想到躺平也要遭受如此不公！原本只需煎一面的咸魚(yú)，現(xiàn)在還得把另一面翻過(guò)來(lái)再煎~！
終于，躺平的搬磚工決定不再躺平，他捏緊了拳頭，牙齒咬得“格格”作響，他的臉像蠟一樣的黃，嘴唇咬得發(fā)白，原本不多的頭發(fā)一顫一顫地，全身都在瑟瑟地發(fā)抖，狠狠的下定了決定：我一定要解決并發(fā)問(wèn)題！讓搬磚行業(yè)正常的運(yùn)行~！
什么？正常運(yùn)行，那就得解決并發(fā)問(wèn)題！
好了好了，氣氛對(duì)頭了，這個(gè)時(shí)候小菜緩步登場(chǎng)，那么就進(jìn)入主題，解決并發(fā)問(wèn)題你常用的并發(fā)工具類有哪些？
在 JDK 的并發(fā)包中已經(jīng)提供了幾個(gè)非常有用的并發(fā)工具類。
CountDownLatch CyclicBarrier Semaphore Exchanger
這幾個(gè)可能有些小伙伴看的眼熟，可能有點(diǎn)生分，看的眼熟卻不會(huì)用和看的生分的也并無(wú)區(qū)別。那接下來(lái)我們通過(guò)簡(jiǎn)單的闡述，就能讓你在平時(shí)的開(kāi)發(fā)中運(yùn)用自如！
一、 CountDownLatch
這是個(gè)在平時(shí)開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)頻率較高的并發(fā)工具，它是一個(gè) 倒計(jì)數(shù)器。是一個(gè)非常實(shí)用的多線程控制工具類，這個(gè)工具類常常用來(lái)控制線程等待，可以讓一個(gè)線程等待直到計(jì)數(shù)器結(jié)束再開(kāi)始執(zhí)行！
我們不必一開(kāi)始就深究源碼，先會(huì)用再善用。因此我們簡(jiǎn)單看個(gè)簡(jiǎn)易的例子
《一個(gè)都不能少》
小王老師是一個(gè)嚴(yán)格的老師，她上課有些許任性，必須等到所有學(xué)生（10名）都到場(chǎng)后才會(huì)開(kāi)始上課，也就是但凡一個(gè)學(xué)生不在場(chǎng)，都不會(huì)開(kāi)課。
我們要遵循 一個(gè)都不能少 的要求，也就是當(dāng)學(xué)生人數(shù) < 總?cè)藬?shù)的時(shí)候不能執(zhí)行上課的這個(gè)動(dòng)作。那么這個(gè)時(shí)候我們應(yīng)該怎么處理這個(gè)問(wèn)題呢？
我們課前點(diǎn)名，增加一個(gè) if 判斷，當(dāng)人數(shù)不滿足的情況下，就不會(huì)進(jìn)入到 上課 的動(dòng)作中。這個(gè)可能是一個(gè)慣性思維，大部分同學(xué)都會(huì)這樣操作。那么問(wèn)題來(lái)了，有些學(xué)生可能只是因?yàn)檫t到，錯(cuò)過(guò)了點(diǎn)名的判斷，當(dāng) if 執(zhí)行結(jié)束后就不會(huì)再判斷，那么錯(cuò)過(guò)就是錯(cuò)過(guò)，盡管后續(xù)人數(shù)已經(jīng)到齊了，但最終是開(kāi)不了課的！
想想再改進(jìn)下，如果因?yàn)?if 只判斷一次而造成的問(wèn)題，那我們能不能一直判斷，那就可以用到了while 或者 for 一直循環(huán)判斷。解決思路是正確的，那我們就順藤引出 CountDownLatch 的用法
代碼不長(zhǎng)，但不知道結(jié)果是否如我們所愿：
我們可以看到，當(dāng)10名學(xué)生都達(dá)到后，小王老師開(kāi)始上課了，但如果我們這是一個(gè)學(xué)生沒(méi)到達(dá)呢？
當(dāng)達(dá)到人數(shù)未符合預(yù)期，則不能正常上課，目前看已經(jīng)滿足我們的需求了。那我們緊接著模擬一下學(xué)生遲到的場(chǎng)景~
依然是學(xué)號(hào)為 10 的同學(xué)，雖遲但到，課還是可以正常進(jìn)行上的！
看來(lái) CountDownLatch 真是一個(gè)好工具，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單就幫我們解決了該問(wèn)題！那他怎么解決的呢？
CountDownLatch 是通過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，首先設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器的初始值。每當(dāng)完成一個(gè)任務(wù)后，計(jì)數(shù)器的值就會(huì)減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到0 時(shí)，它表示所有任務(wù)都已經(jīng)完成，然后在閉鎖上等待的線程可以恢復(fù)執(zhí)行任務(wù).
我們首先可以要看的是 CountDownLatch 的構(gòu)造方法
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
該方法需要初始化一個(gè)計(jì)數(shù)值，并初始化一個(gè) Sync， 我們這個(gè)時(shí)候不妨大膽猜測(cè)，CountDownLatch底層便是靠 Sync 實(shí)現(xiàn)的！我們來(lái)看看 Sync 是個(gè)啥玩意？
可以看到在Sync內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)安全變量 state，它的值便是 計(jì)數(shù)器的值。其中有兩個(gè)重要方法：tryAcquireShared(int acquires) 和 tryReleaseShared(int releases)。那這兩個(gè)方法有什么用呢？
我們可以先回到 CountDownLatch 類中，上面我們已經(jīng)看到該類構(gòu)造函數(shù)的作用，接下來(lái)需要認(rèn)識(shí)其中兩個(gè)重要的方法：countDown() 和 await()。在我們看來(lái)，countDown() 方法便是用來(lái)將計(jì)數(shù)值減 1， await() 方法是用來(lái)阻塞判斷計(jì)數(shù)值是否為 0？那我們進(jìn)入對(duì)應(yīng)方法看是如何實(shí)現(xiàn)的
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
---
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
這兩個(gè)方法調(diào)用的都是 AQS 中的兩個(gè)方法：(我這邊直接貼源碼注釋，仔細(xì)看哦~！)
countDown()
await()
上面便是 CountDownLatch 的實(shí)現(xiàn)，那我們不妨想想該工具類在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的使用場(chǎng)景：
實(shí)現(xiàn)最大的并行性
當(dāng)我們想要同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)線程，實(shí)現(xiàn)最大程度的并行性。例如，我們想測(cè)試一個(gè)單例類，如果我們創(chuàng)建一個(gè)初始值為 1 的CountDownLatch，并讓所有線程都在這個(gè)鎖上等待，那么我們就可以很輕松的完成測(cè)試，只需要調(diào)用一次 **countDown()**方法就可以讓所有等待線程同時(shí)恢復(fù)執(zhí)行
開(kāi)始執(zhí)行前等待 n 個(gè)線程完成各自的任務(wù)
當(dāng)我們應(yīng)用程序執(zhí)行前，確保某些前置動(dòng)作需要執(zhí)行
死鎖檢測(cè)
我們可以使用 n 個(gè)線程訪問(wèn)共享資源，在每次測(cè)試階段的線程數(shù)目是不同的，這樣可以嘗試產(chǎn)生死鎖
二、CyclicBarrier
CyclicBarrier是另外一種多線程并發(fā)控制工具。Cyclic 意為循環(huán)，也就是說(shuō)這個(gè)計(jì)數(shù)器可以反復(fù)使用，它比CountDownLatch更加強(qiáng)大一點(diǎn)，它要做的事情是，讓一組線程到達(dá)一個(gè)屏障（也可以叫同步點(diǎn)）時(shí)被阻塞，直到最后一個(gè)線程達(dá)到屏障時(shí)，屏障才會(huì)開(kāi)門(mén)，所有被屏障攔截的線程才會(huì)繼續(xù)工作。
也就是說(shuō) CyclicBarrier 是加法計(jì)時(shí)器，我們一樣通過(guò)以上 《一個(gè)都不能少》 例子來(lái)示例如何使用
這里就不再演示缺課與遲到的示范，與上述 CountDownLatch 實(shí)現(xiàn)方式一致
這里我們依然關(guān)注兩個(gè)方法，一個(gè)是構(gòu)造方法，一個(gè)是 await()
我們依然進(jìn)入到 CyclicBarrier 類中查看構(gòu)造方法
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}
可以發(fā)現(xiàn)和上面說(shuō)到的 CountDownLatch 還是有出入的，該構(gòu)造方法只是做了屏障點(diǎn)的記錄，我們重點(diǎn)還是要看 await() 方法
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
}
追根朔底我們得看 dowait() 方法，進(jìn)入方法可以發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方式并不復(fù)雜。由于代碼有點(diǎn)長(zhǎng)，我們截取重點(diǎn)說(shuō)明
與 CountDownLatch 不同的是，屏障點(diǎn)變量并沒(méi)有使用 volatile 修飾，那么毋庸就得加鎖使之線程安全！
以上便是 CyclicBarrier 的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，具體咱就不摳細(xì)節(jié)了~！
CyclicBarrier 和 CountDownLatch 還是有點(diǎn)類似的，但是我們要清楚他們之間的區(qū)別：
CountDownLatch： 一個(gè)線程（或多個(gè)），等待另外 N 個(gè)線程完成某件事情之后才會(huì)執(zhí)行 CyclicBarrier： N 個(gè)線程之間相互等待，任何一個(gè)線程完成之前，所有的線程都必須等待
比較重要的一點(diǎn)：CountDownLatch 不可重復(fù)利用，CyclicBarrier 不可重復(fù)利用
三、Semaphore
信號(hào)量（Semaphore）是為多線程提供了更為強(qiáng)大的控制方法。從廣義上來(lái)講，信號(hào)量是對(duì)鎖的擴(kuò)展。無(wú)論是內(nèi)部鎖synchronized還是重入鎖ReentrantLock，一次都只允許一個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)資源，而信號(hào)量卻可以指定多個(gè)線程，同時(shí)訪問(wèn)某一個(gè)共享資源。
我們簡(jiǎn)單看個(gè)簡(jiǎn)易的例子
《搶車位》
原本一個(gè)小區(qū)有 5 個(gè)地上停車位已經(jīng)可以很好的滿足業(yè)主的停車需求，但是這兩年車輛數(shù)暴增，幾乎家家一車，車位自然供不應(yīng)求，那只能遵循先到先得的原則！
然后我們看下執(zhí)行結(jié)果：
可以看到 5 個(gè)車位是共享資源，只有先到的業(yè)主才能搶到車位，當(dāng)搶到車位的業(yè)主離開(kāi)后，后續(xù)的業(yè)主才能進(jìn)入獲取到車位！
我們提取出關(guān)注點(diǎn)構(gòu)造方法、acquire()、release()
構(gòu)造方法
public Semaphore(int permits) {
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
是的，Semaphore 有兩個(gè)構(gòu)造方法，區(qū)別在于是否使用公平鎖。然后我們繼續(xù)看 aquire()、release()
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}
excuse me~? 前面有認(rèn)真看的小伙伴，肯定覺(jué)得眼熟了，這調(diào)用的方法豈不是和上面 CountDownLatch 的一樣？是的，這兩個(gè)并發(fā)工具類，底層都是 調(diào)用 AQS 的線程方法。如果不知道這兩個(gè)方法作用的同學(xué)，可以上翻查看，這里不再贅述！
根據(jù)這個(gè)工具類結(jié)合上述例子，我們可以在流量控制的時(shí)候使用！特別是公共資源有限的應(yīng)用場(chǎng)景，比如數(shù)據(jù)庫(kù)連接，假如有一個(gè)需求要讀取幾萬(wàn)個(gè)文件的數(shù)據(jù)，因?yàn)槎际?IO 密集型的任務(wù)，我們可以啟動(dòng)幾十個(gè)線程去并發(fā)地讀取，但是我們得經(jīng)過(guò)硬盤(pán)->內(nèi)存->數(shù)據(jù)庫(kù)，而如果數(shù)據(jù)庫(kù)的連接數(shù)只有10個(gè)，那我們這個(gè)時(shí)候就必須要控制只有 10 個(gè)線程可以同時(shí)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接保存數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候就可以使用 Semaphore 來(lái)做流量控制~！
四、Exchanger
看到這個(gè)名稱，不知道有多少小伙伴腦子里想的是 這是啥？。實(shí)話說(shuō)，這個(gè)工具類出鏡率真不高，用的比較少。Exchanger 是一個(gè)用于線程間協(xié)作的工具類。它可用于線程間的數(shù)據(jù)交換，它提供了一個(gè)同步點(diǎn)，兩個(gè)線程可以交換彼此的數(shù)據(jù)，。這兩個(gè)線程通過(guò) Exchanger 方法交換數(shù)據(jù)，如果第一個(gè)線程先執(zhí)行 exchange() 方法， 它會(huì)一直等待第二個(gè)線程也執(zhí)行 exchanger() 方法，當(dāng)兩個(gè)線程都到達(dá)同步點(diǎn)時(shí)，這兩個(gè)線程就可以交換數(shù)據(jù)，將本線程生產(chǎn)出來(lái)的數(shù)據(jù)傳遞給對(duì)方。
這里注意的是 兩個(gè)線程，不存在**"三角關(guān)系"**
在沒(méi)有經(jīng)過(guò) exchange() 時(shí)，數(shù)字線程 打印的應(yīng)該是數(shù)字，字母線程打印的應(yīng)該是字母，但是經(jīng)過(guò)了 exchange()結(jié)果就發(fā)生了逆轉(zhuǎn)：
注意： 如果兩個(gè)線程中有一個(gè)沒(méi)有執(zhí)行 exchange() 方法，那么則會(huì)一直等待
為了避免這種情況的發(fā)生，我們可以在 exchange()中加上超時(shí)時(shí)間！
那么這個(gè)工具類有什么應(yīng)用場(chǎng)景呢？我們想想如果在一個(gè)線程的執(zhí)行任務(wù)中創(chuàng)建某個(gè)對(duì)象的生產(chǎn)代價(jià)很高，而另外一個(gè)線程任務(wù)也需要消費(fèi)到這個(gè)對(duì)象，那我們就可以借助 Exchanger 來(lái)幫助我們傳輸類對(duì)象。甚至于可以實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式！
以上便是幾種并發(fā)工具類的使用與應(yīng)用場(chǎng)景，當(dāng)然上面提到的應(yīng)用場(chǎng)景只是一小部分，更多的當(dāng)然需要在開(kāi)發(fā)中繼續(xù)挖掘，做到會(huì)用且善用
看到最后，搬磚工程師掐滅了手中的煙頭，煙霧彌漫的空氣中傳來(lái)一句經(jīng)久不滅的話語(yǔ)：他娘的，沒(méi)想到這年頭搬個(gè)磚都不容易了
不要空談，不要貪懶，和小菜一起做個(gè)吹著牛X做架構(gòu)的程序猿吧~點(diǎn)個(gè)關(guān)注做個(gè)伴，讓小菜不再孤單。咱們下文見(jiàn)！
今天的你多努力一點(diǎn)，明天的你就能少說(shuō)一句求人的話！
我是小菜，一個(gè)和你一起變強(qiáng)的男人。
??微信公眾號(hào)已開(kāi)啟，小菜良記，沒(méi)關(guān)注的同學(xué)們記得關(guān)注哦！