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Java多线程进阶（一）—— J.U.C并发包概述

anonymoussf / 2987人阅读

摘要：整个包，按照功能可以大致划分如下锁框架原子类框架同步器框架集合框架执行器框架本系列将按上述顺序分析，分析所基于的源码为。后，根据一系列常见的多线程设计模式，设计了并发包，其中包下提供了一系列基础的锁工具，用以对等进行补充增强。

本文首发于一世流云专栏：https://segmentfault.com/blog...
J.U.C包简介

J.U.C并发包，即java.util.concurrent包，是JDK的核心工具包，是JDK1.5之后，由 Doug Lea实现并引入。

整个java.util.concurrent包，按照功能可以大致划分如下：

juc-locks 锁框架

juc-atomic 原子类框架

juc-sync 同步器框架

juc-collections 集合框架

juc-executors 执行器框架

本系列将按上述顺序分析J.U.C，分析所基于的源码为Oracle JDK1.8.0_111。

主要参考书籍：

《Java Concurrency in Practice》 Brian Goetz等

《JAVA多线程设计模式》 结城 浩

juc-locks 锁框架

早期的JDK版本中，仅仅提供了synchronizd、wait、notify等等比较底层的多线程同步工具，开发人员如果需要开发复杂的多线程应用，通常需要基于JDK提供的这些基础工具进行封装，开发自己的工具类。JDK1.5+后，Doug Lea根据一系列常见的多线程设计模式，设计了JUC并发包，其中java.util.concurrent.locks包下提供了一系列基础的锁工具，用以对synchronizd、wait、notify等进行补充、增强。

java.util.concurrent.locks包的结构如下：

包内接口和类的简单UML图如下：

本部分包含以下文章：

J.U.C之locks框架（1）：接口说明

J.U.C之locks框架（2）：ReentrantLock 的使用

J.U.C之locks框架（3）：ReentrantReadWriteLock 的使用

J.U.C之locks框架（4）：LockSupport 工具类

J.U.C之locks框架（5）：AbstractQueuedSynchronizer 综述

J.U.C之locks框架（6）：AbstractQueuedSynchronizer 的独占功能原理

J.U.C之locks框架（7）：Condition 原理

J.U.C之locks框架（8）：AbstractQueuedSynchronizer 的共享功能原理

J.U.C之locks框架（9）：ReentrantReadWriteLock 原理

J.U.C之locks框架（10）：更强的读写锁——StampedLock

juc-atomic 原子类框架

早期的JDK版本中，如果要并发的对Integer、Long、Double之类的Java原始类型或引用类型进行操作，一般都需要通过锁来控制并发，以防数据不一致。

从JDK1.5开始，引入了java.util.concurrent.atomic工具包，该包提供了许多Java原始/引用类型的映射类，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean，这些类可以通过一种“无锁算法”，线程安全的操作Integer、Long、Boolean等原始类型。

所谓“无锁算法”，我们在讲juc-locks锁框架系列中，已经接触过太多次了，其实底层就是通过Unsafe类实现的一种比较并交换的算法，大致的结构如下（具体入参，根据上下文有所不同）：
boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);
当希望修改的值与expectedValue相同时，则尝试将值更新为updateValue，更新成功返回true，否则返回false。

java.util.concurrent.atomic包结构如下：

包内类的简单UML图如下：

本部分包含以下文章：

J.U.C之atomic框架（1）：Unsafe类

J.U.C之atomic框架（2）：AtomicInteger

J.U.C之atomic框架（3）：AtomicReference

J.U.C之atomic框架（4）：Atomic数组

J.U.C之atomic框架（5）：AtomicXXXFieldUpdater

J.U.C之atomic框架（6）：更强的原子类——LongAdder

juc-sync 同步器框架

这里的juc-sync同步器框架，是指java.util.concurrent包下一些辅助同步器类，每个类都有自己适合的使用场景：

同步器名称 作用
CountDownLatch 倒数计数器，构造时设定计数值，当计数值归零后，所有阻塞线程恢复执行；其内部实现了AQS框架
CyclicBarrier 循环栅栏，构造时设定等待线程数，当所有线程都到达栅栏后，栅栏放行；其内部通过ReentrantLock和Condition实现同步
Semaphore 信号量，类似于“令牌”，用于控制共享资源的访问数量；其内部实现了AQS框架
Exchanger 交换器，类似于双向栅栏，用于线程之间的配对和数据交换；其内部根据并发情况有“单槽交换”和“多槽交换”之分
Phaser 多阶段栅栏，相当于CyclicBarrier的升级版，可用于分阶段任务的并发控制执行；其内部比较复杂，支持树形结构，以减少并发带来的竞争

本部分包含以下文章：

J.U.C之synchronizer框架（1）：倒数计数器——CountDownLatch

J.U.C之synchronizer框架（2）：循环栅栏——CyclicBarrier

J.U.C之synchronizer框架（3）：信号量——Semaphore

J.U.C之synchronizer框架（4）：数据交换器——Exchanger

J.U.C之synchronizer框架（5）：多阶段栅栏——Phaser

juc-collections 集合框架

这里的juc-collections集合框架，是指java.util.concurrent包下的一些同步集合类，按类型划分可以分为：符号表、队列、Set集合、列表四大类，每个类都有自己适合的使用场景，整个juc-collections集合框架的结构如下图：

其中阻塞队列的分类及特性如下表：

队列特性 有界队列 近似无界队列 无界队列 特殊队列
有锁算法 ArrayBlockingQueue LinkedBlockingQueue、LinkedBlockingDeque / PriorityBlockingQueue、DelayQueue
无锁算法 / / LinkedTransferQueue SynchronousQueue

本部分包含以下文章：

J.U.C之collections框架（1）：ConcurrentHashMap的基本原理

J.U.C之collections框架（2）：ConcurrentHashMap的扩容

J.U.C之collections框架（3）：跳表——ConcurrentSkipListMap

J.U.C之collections框架（4）：ConcurrentSkipListSet

J.U.C之collections框架（5）：“写时复制”的应用——CopyOnWriteArrayList

J.U.C之collections框架（6）：CopyOnWriteArraySet

J.U.C之collections框架（7）：无锁队列——ConcurrentLinkedQueue

J.U.C之collections框架（8）：无锁双端队列——ConcurrentLinkedDeque

J.U.C之collections框架（9）：阻塞队列简介——BlockingQueue

J.U.C之collections框架（10）：基于数组的阻塞队列——ArrayBlockingQueue

J.U.C之collections框架（11）：基于单链表的阻塞队列——LinkedBlockingQueue

J.U.C之collections框架（12）：基于堆的优先级阻塞队列——PriorityBlockingQueue

J.U.C之collections框架（13）：特殊的同步队列——SynchronousQueue

J.U.C之collections框架（14）：延时阻塞队列——DelayQueue

J.U.C之collections框架（15）：基于双链表的阻塞双端队列——LinkedBlockingDeque

J.U.C之collections框架（16）：LinkedTransferQueue

juc-executors 执行器框架

executors框架是整个J.U.C包中类/接口关系最复杂的框架，executors其实可以划分为3大块，每一块的核心都是基于Executor这个接口：

线程池

Future模式

Fork/Join框架

本部分包含以下文章：

J.U.C之executors框架（1）：executors框架概述
J.U.C之executors框架（2）：普通线程池——ThreadPoolExecutor
J.U.C之executors框架（3）：计划线程池——ScheduledThreadPoolExecutor
J.U.C之executors框架（4）：Future 模式
J.U.C之executors框架（5）：Fork/Join 框架的原理
J.U.C之executors框架（6）：Fork/Join 框架的实现

后续文章将从juc-locks锁框架开始，循序渐进得介绍各个框架中得多线程工具的使用方法和原理。

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