Java并发工具

Java并发工具位于java.util.concurrent包（JUC），用于简化多线程编程，提高性能与线程安全性。以下是核心工具分类及使用指南（涵盖JDK8+新特性）：

---

1. 线程池（Executor框架）

一、是什么？
通过ExecutorService管理线程生命周期，避免频繁创建/销毁线程的开销。JDK8+新增CompletableFuture支持异步编程。
二、解决什么问题
减少线程创建开销，控制并发资源（如数据库连接），避免线程失控导致OOM。
三、核心方法

• Executors.newFixedThreadPool(n): 固定大小线程池
• executor.submit(Runnable/Callable): 提交任务
• executor.shutdown(): 优雅关闭
  四、应用场景
  Web服务器请求处理、批量数据处理。
  五、Java示例

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
executor.submit(() -> System.out.println("Task running"));
executor.shutdown();

---

2. 锁机制（Lock接口）

一、是什么？
替代synchronized的更灵活锁，如ReentrantLock（可重入锁）、StampedLock（JDK8新增，乐观读锁）。
二、解决什么问题
解决synchronized无法中断、超时等待等问题；StampedLock优化读多写少场景。
三、核心方法

• lock.lock(): 获取锁
• lock.tryLock(timeout): 尝试获取锁（支持超时）
• stampedLock.tryOptimisticRead(): 乐观读（不阻塞写）
  四、应用场景
  缓存更新（读写分离）、资源争用控制。
  五、Java示例

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try { /* 临界区 */ } 
finally { lock.unlock(); }

// StampedLock示例（JDK8+）
StampedLock sl = new StampedLock();
long stamp = sl.tryOptimisticRead(); // 乐观读
if (!sl.validate(stamp)) { // 检查是否被写操作修改
    stamp = sl.readLock(); // 升级为悲观读
}

---

3. 原子类（Atomic Classes）

一、是什么？
如AtomicInteger，通过CAS（Compare-And-Swap）实现无锁线程安全操作。
二、解决什么问题
替代synchronized实现轻量级原子操作（如计数器），避免锁竞争。
三、核心方法

• atomic.get(): 获取值
• atomic.incrementAndGet(): 原子自增
• atomic.updateAndGet(x -> x * 2): （JDK8+）函数式更新
  四、应用场景
  计数器、状态标志。
  五、Java示例

AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
count.incrementAndGet(); // 线程安全自增

---

4. 并发集合

一、是什么？
线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap（JDK8优化为CAS+synchronized）、CopyOnWriteArrayList。
二、解决什么问题
解决Collections.synchronizedList等同步容器的性能瓶颈。
三、核心方法

• map.putIfAbsent(key, value): 仅当key不存在时插入
• list.add(e): 自动加锁（CopyOnWriteArrayList）
  四、应用场景
  缓存（ConcurrentHashMap）、读多写少的列表（CopyOnWriteArrayList）。

---

5. 同步工具类

工具	作用	JDK8+增强
CountDownLatch	等待多个任务完成	-
CyclicBarrier	多线程相互等待至屏障点	-
Semaphore	控制资源访问数量（如限流）	-
CompletableFuture	异步编程链式调用	✅ 支持thenApply()等组合操作

CountDownLatch示例：

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 多个线程调用 latch.countDown() 
latch.await(); // 主线程等待所有任务完成

CompletableFuture示例（JDK8+）：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenApply(s -> s + " World")
    .thenAccept(System.out::println); // 输出 "Hello World"

---

区别总结

工具	适用场景	特性
synchronized	简单同步块	JVM内置，无需手动释放锁
ReentrantLock	需要超时/中断的复杂场景	可响应中断，支持公平锁
StampedLock	读多写少	乐观读提升性能
CompletableFuture	异步任务编排	链式调用，避免回调地狱

---

重要注意事项

1. 避免死锁：按固定顺序获取锁，使用tryLock设置超时。
2. 线程池参数：
   • corePoolSize：常驻线程数
   • workQueue：任务队列（如LinkedBlockingQueue）
   • 拒绝策略：AbortPolicy（默认抛异常）
3. 原子类局限：
   • 适用于单一变量，复合操作仍需锁。
4. CompletableFuture：
   • 默认使用ForkJoinPool，可自定义线程池。

---

总结

Java并发工具的核心是平衡性能与线程安全：

• 优先使用ConcurrentHashMap、原子类等无锁结构；
• IO密集型任务用线程池；
• 复杂异步逻辑用CompletableFuture；
• 读多写少场景选StampedLock。
  最佳实践：避免过早优化，先用高阶工具（如并发集合），再针对瓶颈细化锁策略。