java并发编程:高效利用java.util.concurrent
自Java 5以来,java.util.concurrent包提供了强大的并发工具,替代了复杂的手动等待/通知机制,提升了代码安全性、易用性和效率。本文将探讨该包中的核心组件及其应用。
java.util.concurrent的核心组件
该包主要包含以下几类并发实用程序:
执行器框架 (Executor Framework): 用于线程管理,在第80条中有所介绍。并发集合 (Concurrent Collections): 提供了线程安全的List、Queue和Map等标准集合的实现。同步器 (Synchronizers): 用于协调线程间的操作,包括CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier、Exchanger和Phaser。
并发集合:高效的线程安全
并发集合的特点在于其内部同步机制,确保了高性能的同时避免了竞争条件。 原子操作,例如putIfAbsent,进一步增强了安全性及可用性。 例如,使用ConcurrentHashMap实现线程安全的Map:
Map map = new ConcurrentHashMap();String result = map.putIfAbsent("key", "value");if (result == null) { System.out.println("Value inserted.");} else { System.out.println("Key already exists with value: " + result);}
并发集合显著提升了性能,并替代了传统的Collections.synchronizedMap()等方法。
同步器:精细的线程协调
同步器用于协调多个线程间的执行顺序和资源访问。 常见的同步器包括:
CountDownLatch:一次性屏障,用于等待多个线程完成任务。Semaphore:控制对共享资源的访问权限。CyclicBarrier:可重用的屏障,用于同步多个线程在特定点汇合。Phaser:更高级的动态线程同步机制。
案例:使用CountDownLatch进行并发计时
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以下代码演示如何使用CountDownLatch测量多个线程同时执行的时间:
public static long time(Executor executor, int concurrency, Runnable action) throws InterruptedException { CountDownLatch ready = new CountDownLatch(concurrency); CountDownLatch start = new CountDownLatch(1); CountDownLatch done = new CountDownLatch(concurrency); for (int i = 0; i { try { ready.countDown(); // Signal ready start.await(); // Wait for start signal action.run(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } finally { done.countDown(); // Signal done } }); } ready.await(); // Wait for all threads to be ready long startTime = System.nanoTime(); start.countDown(); // Trigger start done.await(); // Wait for all threads to finish return System.nanoTime() - startTime;}
代码使用了三个CountDownLatch:ready表示线程准备就绪,start用于发出开始信号,done用于指示所有线程完成。 System.nanoTime()用于精确计时。
等待/通知机制的现代实践
等待/通知机制主要用于维护遗留代码。 其最佳实践包括:
使用循环调用wait():避免虚假唤醒。
synchronized (lock) { while (!condition) { lock.wait(); }}
在等待前后检查条件。优先使用notifyAll()而非notify()。
结论
java.util.concurrent包提供了高效且安全的并发工具,应优先于手动等待/通知机制。 选择合适的并发集合和同步器可以显著提升代码的可读性、安全性以及性能。




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