Java併發編程（十一）經常使用工具

Java爲開發提供了不少有用的工具類，這些工具類能夠幫助咱們更加高效的編寫併發程序，本篇咱們將介紹這些實用工具的用法。

ThreadLocal

ThreadLocal類用於解決多線程共享一個變量的問題，當多線程訪問同一個變量時可能會致使結果的錯誤，防止這種錯誤第一種辦法就是使用鎖來保護對象；第二種方法就是完全根除共享，即每一個線程訪問本身私有的變量。有的同窗會以爲第二種方法就會有一些侷限性，由於有些時候不得不共享同一個變量。是的確實有侷限性，可是在不少狀況下是能夠不共享變量就能達到一樣的效果，ThreadLocal就是爲了解決這一問題而設計的。

ThreadLocal使用方法以下：

class IncreaseThread implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0; i< 10000; i++) {
            TLTest.number.set(TLTest.number.get() + 1);
        }
        //如下爲彙總代碼
        synchronized(TLTest.result) {
            TLTest.result += TLTest.number.get();
        }
    }
}
public class TLTest {
    public static ThreadLocal<Integer> number;
    public static Integer result = 0;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        number = new ThreadLocal<Integer>() {
            public Integer initialValue() {
                return 0;
            }
        };
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new IncreaseThread());
        exec.execute(new IncreaseThread());
        exec.shutdown();
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("result: " + result);
    }
}

輸出結果以下：

result: 20000

在TLTest類中咱們定義了ThreadLocal變量和Integer變量，ThreadLocal變量須要爲其建立一個匿名內部類來實現爲其指定初始值，咱們將初始值指定爲0。咱們定義了一個線程類，這個線程負責將ThreadLocal的值加10000，最後線程會將本身的計算結果彙總到TLTest.result變量中。這個過程當中雖然咱們建立的兩個線程都對同一個ThreadLocal變量進行操做，可是沒有致使計算結果出錯。由於ThreadLocal爲每個線程分配了不一樣的存儲空間，咱們能夠簡單的將其理解爲一個線程對象和值的Map<Thread,Integer>（注意：只是能夠這麼理解，但實際上不是）。

CountDownLatch

CountDownLatch用於線程間的合做，其使用方法和wait()/notify()相似，CountDownLatch類有兩個方法：countDown()和await()方法，在建立CountDownLatch的對象時爲其指定countDown()方法調用的次數，當調用await()方法時當前線程會一直被阻塞，直到countDown()方法被調用了指定的次數。設想一種狀況，一個工頭在接到任務時會把任務分發給不一樣的工人，只有當全部的工人都完成本身的工做的時候，工頭才能夠交工。

咱們用代碼模擬一下這種狀況：

class Worker implements Runnable {
    private int id;
    public Worker(int id) {
                this.id = id;
    }
    public void run() {
        Random rand = new Random();
        int workTime = rand.nextInt(1000);
        System.out.println(id + ": 開始幹活");
        try { Thread.sleep(workTime); } catch (Exception e) {}
        System.out.println(id + ": 完成了");
        CDLTest.cdl.countDown();
    }
}
public class CDLTest {
    private static int numberOfWorker = 3;
    public static CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(numberOfWorker);
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for(int i=0; i<numberOfWorker; i++) {
            exec.execute(new Worker(i));
        }
        exec.shutdown();
        cdl.await();
        System.out.println("工頭：交工");
    }
}

輸出結果以下：

1: 開始幹活

2: 開始幹活

0: 開始幹活

1: 完成了

2: 完成了

0: 完成了

工頭：交工

在本例中主線程承擔工頭的角色，調用await()方法等待工人線程完成工做。咱們還經過線程池建立了3個工人線程，咱們使用隨機數讓每一個線程隨機睡眠0-1000毫秒，用來模擬工人工做。

每一個工人完成本身的任務後調用countDown()方法，當全部的工人線程都作完本身的工做後主線程就能夠「交工」了。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue和前面講過的LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue類似，他們都實現了BlockingQueue接口，可是PriorityBlockingQueue和它們最大的區別是這個隊列每次取出的都是「優先級」最高的，而不是最早進入的。所以要想實現它的優先級的特性，容器中的元素必須實現了Comparable接口，不然容器將拋ClassCastException異常。此外PriorityBlockingQueue也是線程安全的，所以使用的時候不用加鎖。因爲以前咱們測試過LinkedBlockingQueue的阻塞性，所以PriorityBlockingQueue的阻塞性咱們就不測試了，簡單的測試一下它的「優先級」的性質：

public class PBQTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingQueue<String> pbq = new PriorityBlockingQueue<String>();
        String[] strs = new String[]{"C", "A", "B"};
        for(int i=0;i <strs.length;i++) {
            pbq.add(strs[i]);
        }
        while(!pbq.isEmpty()) {
            System.out.println(pbq.take());
        }
    }
}

輸出結果以下：

A

B

C

String類實現了Comparable接口,根據字母順序比較字符串的大小。咱們向隊列中添加元素的順序是"C", "A", "B"，而取出順序是"A", "B", "C"，此因能夠看出其「優先級」的性質。

總結

本篇介紹了三個經常使用的工具類，ThreadLocal用於解決多線程共享同一個變量的問題，它至關於建立了一個以線程對象爲key以目標對象爲value的一個Map，但實際上和Map是有區別的，好比Map對象不會在某個線程退出後對相應的value作垃圾回收，而ThreadLocal會對其進行回收。CountDownLatch用於同步多個任務，讓某些任務等待其它任務執行的一組操做，須要注意的是能夠有多個線程調用await()方法，當調用countDown()的次數到達指定數量的時候全部調用await()方法的線程都會從阻塞狀態變爲運行狀態。PriorityBlockingQueue的用法和其它實現BlockingQueue接口的用法類似，只是PriorityBlockingQueue中的元素的取出順序是按照優先級排序的。

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