高并发编程之JUC 三大辅助类和读写锁

女爷i 2024-03-30 09:05 148阅读 0赞

## **7 JUC 三大辅助类** ##

JUC 中提供了三种常用的辅助类，通过这些辅助类可以很好的解决线程数量过

多时 Lock 锁的频繁操作。这三种辅助类为：

*  • CountDownLatch: 减少计数
 *  • CyclicBarrier: 循环栅栏
 *  • Semaphore: 信号灯

下面我们分别进行详细的介绍和学习

### **7.1 减少计数 CountDownLatch** ###

CountDownLatch 类可以设置一个计数器，然后通过 countDown 方法来进行

减 1 的操作，使用 await 方法等待计数器不大于 0，然后继续执行 await 方法

之后的语句。

• CountDownLatch 主要有两个方法，当一个或多个线程调用 await 方法时，这

些线程会阻塞

• 其它线程调用 countDown 方法会将计数器减 1(调用 countDown 方法的线程

不会阻塞)

• 当计数器的值变为 0 时，因 await 方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行

#### **场景: 6 个同学陆续离开教室后值班同学才可以关门。** ####

CountDownLatchDemopackage com.at

package com.xingchen.juc;
    
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    
    //演示 CountDownLatch
    
    /**
     * @author xing'chen
     */
    public class CountDownLatchDemo {
        //6个同学陆续离开教室之后，班长锁门
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
            //创建CountDownLatch对象，设置初始值
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
    
            //6个同学陆续离开教室之后
            for (int i = 1; i <=6; i++) {
                new Thread(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 号同学离开了教室");
    
                    //计数  -1
                    countDownLatch.countDown();
    
                },String.valueOf(i)).start();
            }
    
            //等待
            countDownLatch.await();
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 班长锁门走人了");
        }
    }

### **7.2 循环栅栏 CyclicBarrier** ###

CyclicBarrier 看英文单词可以看出大概就是循环阻塞的意思，在使用中

CyclicBarrier 的构造方法第一个参数是目标障碍数，每次执行 CyclicBarrier 一

次障碍数会加一，如果达到了目标障碍数，才会执行 cyclicBarrier.await()之后

的语句。可以将 CyclicBarrier 理解为加 1 操作

#### **场景: 集齐 7 颗龙珠就可以召唤神龙** ####

CyclicBarrierDemo

package com.xingchen.juc;
    
    import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
    
    //集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
    /**
     * @author xing'chen
     */
    public class CyclicBarrierDemo {
    
        //创建固定值
        private static final int NUMBER = 7;
    
        public static void main(String[] args) {
            //创建CyclicBarrier
            CyclicBarrier cyclicBarrier =
                    new CyclicBarrier(NUMBER,()->{
                        System.out.println("*****集齐7颗龙珠就可以召唤神龙");
                    });
    
            //集齐七颗龙珠过程
            for (int i = 1; i <=7; i++) {
                new Thread(()->{
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 星龙被收集到了");
                        //等待
                        cyclicBarrier.await();
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

### **7.3 信号灯 Semaphore** ###

Semaphore 的构造方法中传入的第一个参数是最大信号量（可以看成最大线

程池），每个信号量初始化为一个最多只能分发一个许可证。使用 acquire 方

法获得许可证，release 方法释放许可

场景: 抢车位, 6 部汽车 3 个停车位

SemaphoreDemo

package com.xingchen.juc;
    
    import java.util.Random;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /**
     * @author xing'chen
     */ //6辆汽车，停3个车位
    public class SemaphoreDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Semaphore，设置许可数量
            Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
    
            //模拟6辆汽车
            for (int i = 1; i <=6; i++) {
                new Thread(()->{
                    try {
                        //抢占
                        semaphore.acquire();
    
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 抢到了车位");
    
                        //设置随机停车时间
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(5));
    
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ------离开了车位");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        //释放
                        semaphore.release();
                    }
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

## **8 读写锁** ##

![4bc79ef3ff10491fc823712f8e8b6d7e.png][]

### **8.1 读写锁介绍** ###

现实中有这样一种场景：对共享资源有读和写的操作，且写操作没有读操作那

么频繁。在没有写操作的时候，多个线程同时读一个资源没有任何问题，所以

应该允许多个线程同时读取共享资源；但是如果一个线程想去写这些共享资源，

就不应该允许其他线程对该资源进行读和写的操作了。

针对这种场景，**JAVA 的并发包提供了读写锁 ReentrantReadWriteLock，**

**它表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；一个是写相关的锁，称**

**为排他锁**

#### 1. 线程进入读锁的前提条件： ####

• 没有其他线程的写锁

• 没有写请求, 或者有写请求，但调用线程和持有锁的线程是同一个(可重入锁)。

#### 2. 线程进入写锁的前提条件： ####

• 没有其他线程的读锁

• 没有其他线程的写锁

#### 而读写锁有以下三个重要的特性： ####

（1）公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公

平优于公平。

（2）重进入：读锁和写锁都支持线程重进入。

（3）锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为

读锁。

### **8.2 ReentrantReadWriteLock** ###

ReentrantReadWriteLock 类的整体结构

public class ReentrantReadWriteLock implements ReadWriteLock,
            java.io.Serializable {
        /** 读锁 */
        private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;
        /** 写锁 */
        private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;
        final Sync sync;
    
        /** 使用默认（非公平）的排序属性创建一个新的
         ReentrantReadWriteLock */
        public ReentrantReadWriteLock() {
            this(false);
        }
        /** 使用给定的公平策略创建一个新的 ReentrantReadWriteLock */
        public ReentrantReadWriteLock(boolean fair) {
            sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
            readerLock = new ReadLock(this);
            writerLock = new WriteLock(this);
        }
        /** 返回用于写入操作的锁 */
        public ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock() { return
                writerLock; }
    
        /** 返回用于读取操作的锁 */
        public ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock() { return
                readerLock; }
        abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {}
        static final class NonfairSync extends Sync {}
        static final class FairSync extends Sync {}
        public static class ReadLock implements Lock, java.io.Serializable {}
        public static class WriteLock implements Lock, java.io.Serializable {}
    }

可以看到，ReentrantReadWriteLock 实现了 ReadWriteLock 接口，

ReadWriteLock 接口定义了获取读锁和写锁的规范，具体需要实现类去实现；

同时其还实现了 Serializable 接口，表示可以进行序列化，在源代码中可以看

到 ReentrantReadWriteLock 实现了自己的序列化逻辑。

### **8.3 入门案例** ###

**场景: 使用 ReentrantReadWriteLock 对一个 hashmap 进行读和写操作**

#### **8.3.1 实现案例** ####

package com.xingchen.readwrite;
    
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
    
    //资源类
    class MyCache {
        //创建map集合
    
        private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
    
        //创建读写锁对象
        private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
    
        //放数据
        public void put(String key,Object value) {
            //添加写锁
            rwLock.writeLock().lock();
    
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在写操作"+key);
                //暂停一会
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
                //放数据
                map.put(key,value);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 写完了"+key);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                //释放写锁
                rwLock.writeLock().unlock();
            }
        }
    
        //取数据
        public Object get(String key) {
            //添加读锁
            rwLock.readLock().lock();
            Object result = null;
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在读取操作"+key);
                //暂停一会
                TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
                result = map.get(key);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 取完了"+key);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                //释放读锁
                rwLock.readLock().unlock();
            }
            return result;
        }
    }
    
    /**
     * @author xing'chen
     */
    public class ReadWriteLockDemo {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            MyCache myCache = new MyCache();
            //创建线程放数据
            for (int i = 1; i <=5; i++) {
                final int num = i;
                new Thread(()->{
                    myCache.put(num+"",num+"");
                },String.valueOf(i)).start();
            }
    
            TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
    
            //创建线程取数据
            for (int i = 1; i <=5; i++) {
                final int num = i;
                new Thread(()->{
                    myCache.get(num+"");
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

### **8.4 小结(重要)** ###

• 在线程持有读锁的情况下，该线程不能取得写锁(因为获取写锁的时候，如果发

现当前的读锁被占用，就马上获取失败，不管读锁是不是被当前线程持有)。

• 在线程持有写锁的情况下，该线程可以继续获取读锁（获取读锁时如果发现写

锁被占用，只有写锁没有被当前线程占用的情况才会获取失败）。

原因: 当线程获取读锁的时候，可能有其他线程同时也在持有读锁，因此不能把

获取读锁的线程“升级”为写锁；而对于获得写锁的线程，它一定独占了读写

锁，因此可以继续让它获取读锁，当它同时获取了写锁和读锁后，还可以先释

放写锁继续持有读锁，这样一个写锁就“降级”为了读锁。

[4bc79ef3ff10491fc823712f8e8b6d7e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/55087839522643fb9a138d80ee55864d.png