这么好的工具，你应该要熟悉-51CTO.COM

并发编程一直是开发中的难点，但又是当代程序员不得不熟悉的技术，其中涉及到线程中协调问题，如何保证线程能够按照我们预期的方式执行呢？今天和大家一起了解下jdk中为我们提供的那些有用的工具类

JUC - 辅助类

JUC（java.util.concurrent）是在Java 5中引入的一个并发编程的扩展库，目的是为了更加方便、快捷和安全地实现并发编程。它提供了一系列的工具类、锁、队列以及原子类等来协调多线程之间的操作。

基于现代硬件不断地发展，为了充分利用服务器资源，并发编程在我们的开发中已经无处不在，今天主要了解下JUC包中提供的几个工具类，让我们在并发编程时提供助力。

简介

Java并发编程是一门复杂的技术，其中有一些难点需要特别注意。比如以下是一些Java并发编程过程中会遇到的问题以及难点：

线程安全：多线程执行的代码必须是线程安全的，否则会产生竞态条件和其他问题。
死锁：当多个线程因为互相等待其他线程释放锁而无法继续执行时，就会产生死锁。
竞态条件：当多个线程试图同时访问同一个共享资源时，就会产生竞态条件。
内存可见性：多个线程同时访问同一个变量时，可能会产生内存可见性问题，即一个线程对变量的修改不会立即被其他线程所感知。
并发集合类：Java提供了一些并发集合类，如ConcurrentHashMap和ConcurrentLinkedQueue，但使用它们需要注意一些细节问题。
线程池：线程池是Java并发编程中的一个重要概念，但线程池的使用也需要注意一些问题，如线程池大小、任务队列类型等。
CAS操作：Java提供了CAS（Compare-And-Swap）操作，可以用于实现非阻塞算法，但使用CAS操作需要非常小心，以免产生ABA问题等。

在并发编程中，如何协调各个线程的执行也是一件比较麻烦的事，还好JUC包中为我们提供了几个常用的工具类来解决线程执行的控制以及协调多个线程执行过程，下面我们具体看一看...

工具类

CountDownLatch
CountDownLatch是一个同步辅助类，使用一个给定数量的计数器，当该计数器不为0时，将程序阻塞在wait()处，当线程执行完成后通过调用countDown()使计数器减一, 直到计数器为0后才会继续执行后续代码。主要实现某个任务依赖其他一个或多个异步任务的执行结果的场景

核心方法：

/**
 * 定义计数器数量，用于定义多少个执行线程
 */
public CountDownLatch(int count);
/**
 * 阻塞方法，直到计数器为0时才会继续执行后续代码
 */
public void await();
/**
 * 每次调用该方法，则计数器减一
 */
public void countDown();

CyclicBarrier
CyclicBarrier内部同样定义了计数器，只不过每当有线程执行完后改计数器加一，直至达到定义数量后，执行定义的回调函数与await()后续代码。与CountDownLatch相比，CyclicBarrier会对子任务阻塞，而CountDownLatch则阻塞主任务；另外CyclicBarrier可以重复使用。主要实现某个回调函数在一个或多个线程执行完成后触发的情形

核心方法：

/**
 * 定义计数器数量与回调函数
 */
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction);
/**
 * 阻塞方法，当有线程执行到则计数器加一，等到达到目标数后才会继续后续代码
 */
public int await();
/**
 * 通过该方法可以实现计数器的重置
 */
public void reset();

Semaphore
信号量通常用于限制可以访问某些（物理或逻辑）资源的线程数。适用于有限资源数量的控制

核心方法：

/**
 * 定义许可数量
 */
public Semaphore(int permits);
/**
 * 申请许可，改方法会阻塞程序
 */
public void acquire();
/**
 * 释放许可
 */
public void release();

示例

CountDownLatch的使用场景

CountDownLatch是Java并发包中的一个工具类，它可以实现线程之间的协作。具体来说，CountDownLatch可以让一个线程等待多个线程执行完毕，再继续执行。CountDownLatch常用于以下场景：

主线程等待多个子线程执行完毕。
多个子线程等待某个共同任务的完成。
模拟并发请求，等待所有请求都响应完毕再进行下一步操作。
统计多个线程执行的时间。

@Test
    public void test() throws InterruptedException {
        int count = 10;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);
        IntStream.range(0,count).forEach(i->{
            new Thread(()->{
                System.out.println( "执行线程："+ i );
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        });

        countDownLatch.await();

        System.out.println("线程执行完成");
    }

CyclicBarrier的使用场景

它允许多个线程在某个屏障处等待，直到所有线程都到达该屏障时才会继续执行。

CyclicBarrier 适用于一组线程需要相互等待，直到所有线程都完成某个任务后才能继续执行下一步操作的场景。例如，一个大型的计算任务可以被分成多个子任务，每个子任务由一个线程执行。当所有子任务完成后，这些线程需要等待，直到所有子任务都完成，然后再执行下一步操作。

另外，CyclicBarrier 还可以用于优化代码性能。例如，当我们需要等待多个线程都完成某项工作后，才能进行下一步操作。此时，我们可以使用 CyclicBarrier 来实现等待，而不是使用 Thread.sleep() 方法等待一段时间。这样可以避免无谓地等待时间，提高代码效率。

@Test
    public void test() {
        int count = 10;
        AtomicBoolean finish = new AtomicBoolean(false);
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(count, ()->{
            System.out.println("线程执行完成");
            finish.set(true);
        });

        IntStream.range(0,count).forEach(i->{
            new Thread(()->{
                System.out.println( "执行线程："+ i );
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }).start();
        });

        while (!finish.get()){}
    }

Semaphore的使用场景

它可以控制同时访问某个共享资源的线程数量。常用于限制同时访问某个资源的线程数量，例如数据库连接池、线程池等。

控制并发线程数：Semaphore可以限制并发线程数，从而控制系统资源的使用情况。
控制访问资源数：Semaphore可以控制同时访问某个资源的线程数量，例如数据库连接池，限制连接数。
实现生产者-消费者模型：Semaphore可以与阻塞队列一起使用，实现生产者-消费者模型，控制生产者和消费者的数量。
多个线程间的协作：Semaphore可以用于多个线程之间的协作，例如某个线程需要等待某些条件满足后才能继续执行，可以使用Semaphore来实现等待和唤醒操作。

@Test
    public void test() {
        int count = 10;

        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        IntStream.range(0,count).forEach(i->{
            new Thread(()->{
                try {
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                System.out.println( "执行线程："+ i );

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                semaphore.release();
            }).start();
        });

        while (true){}
    }

结束语

涉及到线程的开发都伴随着复杂性，不管是在代码调试上还是理解线程切换与安全性上，JUC提供的各种强大的工具类将并发编程的复杂性进行了封装，不管是在使用或是扩展上，都能通过简单的几行代码实现多线程的各种协调工作。