Java并发工具类：深入理解Concurrent包

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在Java并发编程中，java.util.concurrent包（通常称为Concurrent包）提供了广泛的并发原语和组件，以帮助开发者编写高效、可伸缩和线程安全的并发程序。本文将深入探讨Concurrent包中的一些核心工具类及其应用。

Concurrent包概述

Concurrent包旨在简化在Java中编写多线程程序的复杂性，它包括锁、线程池、原子变量、并发集合等。

锁和同步工具

ReentrantLock

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，与synchronized相比，它提供了更灵活的锁定机制。

import cn.juwatech.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void performAction() {
        lock.lock();
        try {
            // 保护临界区
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

ReadWriteLock

ReadWriteLock允许多个读操作同时进行，但写操作是排他的。

import cn.juwatech.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import cn.juwatech.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadWriteLockExample {
    private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void readAction() {
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            // 执行读操作
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }

    public void writeAction() {
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            // 执行写操作
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

原子变量

AtomicInteger

AtomicInteger提供了一种方法，用于在没有使用同步的情况下进行线程安全的整数操作。

import cn.juwatech.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicIntegerExample {
    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        counter.incrementAndGet();
    }

    public int getCounter() {
        return counter.get();
    }
}

AtomicReference

AtomicReference用于对象引用的原子操作。

import cn.juwatech.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AtomicReferenceExample {
    private AtomicReference<String> ref = new AtomicReference<>("initial value");

    public void updateReference(String newValue) {
        ref.set(newValue);
    }

    public String getReference() {
        return ref.get();
    }
}

并发集合

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是一个线程安全的哈希表，适用于高并发环境。

import cn.juwatech.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    private ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public void putSafely(int key, String value) {
        map.put(key, value);
    }

    public String getSafely(int key) {
        return map.get(key);
    }
}

ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列。

import cn.juwatech.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;

public class ConcurrentLinkedQueueExample {
    private ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

    public void offer(Integer element) {
        queue.offer(element);
    }

    public Integer poll() {
        return queue.poll();
    }
}

线程池

ExecutorService

ExecutorService是一个执行提交的 Runnable 任务的线程池。

import cn.juwatech.concurrent.Executors;
import cn.juwatech.concurrent.ExecutorService;

public class ExecutorServiceExample {
    private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

    public void executeTask(Runnable task) {
        executor.execute(task);
    }

    public void shutdown() {
        executor.shutdown();
    }
}

同步辅助工具

CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步辅助工具，用于在完成一组操作之前，允许一个或多个线程一直等待。

import cn.juwatech.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

    public void await() throws InterruptedException {
        latch.await();
    }

    public void countDown() {
        latch.countDown();
    }
}

Semaphore

Semaphore用于控制对有限资源的访问。

import cn.juwatech.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreExample {
    private Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

    public void acquire() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
    }

    public void release() {
        semaphore.release();
    }
}

结论

Concurrent包提供了丰富的并发工具类，它们帮助开发者编写更高效、更安全的并发程序。理解并正确使用这些工具类，是每个Java开发者必备的技能。

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