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java.util.concurrent包是Java中用于并发编程的重要工具集,提供了丰富的并发原语和组件,以简化多线程编程的复杂性,并帮助开发者编写高效、可伸缩和线程安全的并发程序。其主要功能包括以下几个方面:
一、线程池和任务执行框架
- Executor框架:用于管理和控制线程的执行。通过抽象化线程的创建和管理,简化了并发编程。其中,Executor接口提供了执行任务的抽象方法execute(Runnable command)。
- ExecutorService接口:扩展了Executor接口,增加了管理任务生命周期的方法,如submit()、shutdown()、invokeAll()等。
- ThreadPoolExecutor类:ExecutorService的一个实现,支持线程池管理和任务调度。
- ScheduledExecutorService接口:支持任务的定时和周期执行。
- ForkJoinPool:分叉/合并框架的线程池实现,适用于可以分解为子任务的计算密集型任务。
二、线程安全的集合类
- ConcurrentHashMap:一个线程安全的哈希表,允许多个线程同时读写映射表而不会相互阻塞,支持高效的并发访问。
- CopyOnWriteArrayList:在修改时创建副本的线程安全列表,适用于读取多于写入的场景。
- CopyOnWriteArraySet:基于CopyOnWriteArrayList的线程安全的集合实现。
- ConcurrentLinkedQueue:一个基于链接节点的无界线程安全队列,按照FIFO(先进先出)原则对元素进行排序,多个线程可以安全地并发访问此队列。
- ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet:基于跳表(Skip List)数据结构实现的并发有序集合,提供了与TreeMap和TreeSet类似的功能,但支持更高并发的读写操作。
- ConcurrentLinkedDeque:这是一个双端队列(Deque),支持在队列的两端进行高效的插入和移除操作,它是线程安全的,并且允许多个线程并发访问。
- BlockingQueue接口及其实现:定义了一个线程安全的队列,该队列在尝试检索元素但队列为空时,会阻塞检索线程,直到队列中有元素可用;同样,当队列已满时,尝试添加元素的线程也会被阻塞,直到队列中有可用空间。常用的实现类有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue和SynchronousQueue等。
三、同步工具类
- 锁(Lock接口和ReentrantLock类):提供了比synchronized关键字更灵活的锁定机制。
- 读写锁(ReadWriteLock接口及其实现,如ReentrantReadWriteLock):允许多个读线程同时访问,但写线程独占访问。
- 信号量(Semaphore):用于控制同时访问某个资源的线程数量。
- 倒计时门闩(CountDownLatch):允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
- 循环屏障(CyclicBarrier):允许一组线程互相等待到达一个共同的屏障点。
- 交换器(Exchanger):允许两个线程在某个汇合点交换数据。
- Phaser:可重用的同步屏障,类似于CyclicBarrier,但更加灵活,支持动态注册和注销参与者。
- Condition:条件变量,用于在锁上等待和通知线程。
四、原子变量
- Atomic类:提供了一系列原子操作类,这些类使用硬件级别的原子指令实现,性能非常高。包括AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等原子变量,以及用于更新对象字段的原子更新器,如AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater和AtomicReferenceFieldUpdater。