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：
<code class="java">Map<String, String> 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);
}</code>
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
以下代码演示如何使用CountDownLatch测量多个线程同时执行的时间：
<code class="java">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 < concurrency; i++) {
executor.execute(() -> {
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;
}</code>
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。
<code class="java">synchronized (lock) {
while (!condition) {
lock.wait();
}
}</code>
- 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。
