java.util.Concurrent包下面的常见类

1BlockingQueue

(1)阻塞队列 BlockingQueue简介

java.util.concurrent 包里的 BlockingQueue 接口表示一个线程安放入和提取实例的队列。
本节不会讨论如何在 Java 中实现一个你自己的 BlockingQueue。如果你对那个感兴趣，参考《Java 并发指南》

  用法

BlockingQueue 通常用于一个线程生产对象，而另外一个线程消费这些对象的场景。下图是对这个原理的阐述：

一个线程往里边放，另外一个线程从里边取的一个 BlockingQueue。
一个线程将会持续生产新对象并将其插入到队列之中，直到队列达到它所能容纳的临界点。也就是说，它是有限的。如果该阻塞队列到达了其临界点，负责生产的线程将会在往里边插入新对象时发生阻塞。它会一直处于阻塞之中，直到负责消费的线程从队列中拿走一个对象。
负责消费的线程将会一直从该阻塞队列中拿出对象。如果消费线程尝试去从一个空的队列中提取对象的话，这个消费线程将会处于阻塞之中，直到一个生产线程把一个对象丢进队列。

  方法

BlockingQueue 具有 4 组不同的方法用于插入、移除以及对队列中的元素进行检查。如果请求的操作不能得到立即执行的话，每个方法的表现也不同。这些方法如下：

四组不同的行为方式解释：
 

1. 抛异常：如果试图的操作无法立即执行，抛一个异常。
2. 特定值：如果试图的操作无法立即执行，返回一个特定的值(常常是 true / false)。
3. 阻塞：如果试图的操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行。
4. 超时：如果试图的操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行，但等待时间不会超过给定值。返回一个特定值以告知该操作是否成功(典型的是 true / false)。

无法向一个 BlockingQueue 中插入 null。如果你试图插入 null，BlockingQueue 将会抛出一个 NullPointerException。
可以访问到 BlockingQueue 中的所有元素，而不仅仅是开始和结束的元素。比如说，你将一个对象放入队列之中以等待处理，但你的应用想要将其取消掉。那么你可以调用诸如 remove(o) 方法来将队列之中的特定对象进行移除。但是这么干效率并不高(译者注：基于队列的数据结构，获取除开始或结束位置的其他对象的效率不会太高)，因此你尽量不要用这一类的方法，除非你确实不得不那么做。

实现

BlockingQueue 是个接口，你需要使用它的实现之一来使用 BlockingQueue。java.util.concurrent 具有以下 BlockingQueue 接口的实现(Java 6)：

ArrayBlockingQueue

DelayQueue

LinkedBlockingQueue

PriorityBlockingQueue

SynchronousQueue

 Java 中使用 BlockingQueue 的例子

这里是一个 Java 中使用 BlockingQueue 的示例。本示例使用的是 BlockingQueue 接口的 ArrayBlockingQueue 实现。
首先，BlockingQueueExample 类分别在两个独立的线程中启动了一个 Producer 和 一个 Consumer。Producer 向一个共享的 BlockingQueue 中注入字符串，而 Consumer 则会从中把它们拿出来。

public static void main(String[] args) throws Exception {

        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024);

        Producer producer = new Producer(queue);
        Consumer consumer = new Consumer(queue);

        new Thread(producer).start();
        new Thread(consumer).start();

        Thread.sleep(4000);
    }

以下是 Producer 类。注意它在每次 put() 调用时是如何休眠一秒钟的。这将导致 Consumer 在等待队列中对象的时候发生阻塞。 

   public static class Producer implements Runnable {

        protected BlockingQueue queue = null;

        public Producer(BlockingQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                queue.put("1");
                Thread.sleep(1000);
                queue.put("2");
                Thread.sleep(1000);
                queue.put("3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

以下是 Consumer 类。它只是把对象从队列中抽取出来，然后将它们打印System.out。
   

 public static class Consumer implements Runnable {

        protected BlockingQueue queue = null;

        public Consumer(BlockingQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(queue.take());
                System.out.println(queue.take());
                System.out.println(queue.take());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2 数组阻塞队列 ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue 类实现了 BlockingQueue 接口。
ArrayBlockingQueue 是一个有界的阻塞队列，其内部实现是将对象放到一个数组里。有界也就意味着，它不能够存储无限多数量的元素。它有一个同一时间能够存储元素数量的上限。你可以在对其初始化的时候设定这个上限，但之后就无法对这个上限进行修改了(译者注：因为它是基于数组实现的，也就具有数组的特性：一旦初始化，大小就无法修改)。
ArrayBlockingQueue 内部以 FIFO(先进先出)的顺序对元素进行存储。队列中的头元素在所有元素之中是放入时间最久的那个，而尾元素则是最短的那个。
以下是在使用  ArrayBlockingQueue 的时候对其初始化的一个示例：

BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024);

queue.put("1");

Object object = queue.take();

以下是使用了 Java 泛型的一个 BlockingQueue 示例。注意其中是如何对 String 元素放入和提取的：

BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<String>(1024);

queue.put("1");

String string = queue.take();

3 延迟队列 DelayQueue

DelayQueue 实现了 BlockingQueue 接口。
DelayQueue 对元素进行持有直到一个特定的延迟到期。注入其中的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed 接口，该接口定义

public interface Delayed extends Comparable<Delayed< {

 public long getDelay(TimeUnit timeUnit);

}

DelayQueue 将会在每个元素的 getDelay() 方法返回的值的时间段之后才释放掉该元素。如果返回的是 0 或者负值，延迟将被认为过期，该元素将会在 DelayQueue 的下一次 take  被调用的时候被释放掉。
传递给 getDelay 方法的 getDelay 实例是一个枚举类型，它表明了将要延迟的时间段。TimeUnit 枚举将会取以下值：

DAYS

HOURS

MINUTES

SECONDS

MILLISECONDS

MICROSECONDS

NANOSECONDS

正如你所看到的，Delayed 接口也继承了 java.lang.Comparable 接口，这也就意味着 Delayed 对象之间可以进行对比。这个可能在对 DelayQueue 队列中的元素进行排序时有用，因此它们可以根据过期时间进行有序释放。
以下是使用 DelayQueue 的例子：

public class DelayQueueExample {

    public static void main(String[] args) {

        DelayQueue queue = new DelayQueue();

        Delayed element1 = new DelayedElement();

        queue.put(element1);
 
        Delayed element2 = queue.take();
    }

}

DelayedElement 是我所创建的一个 DelayedElement 接口的实现类，它不在 java.util.concurrent 包里。你需要自行创建你自己的 Delayed 接口的实现以使用 DelayQueue 类。

4 链阻塞队列 LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue 类实现了 BlockingQueue 接口。
LinkedBlockingQueue 内部以一个链式结构(链接节点)对其元素进行存储。如果需要的话，这一链式结构可以选择一个上限。如果没有定义上限，将使用 Integer.MAX_VALUE 作为上限。
LinkedBlockingQueue 内部以 FIFO(先进先出)的顺序对元素进行存储。队列中的头元素在所有元素之中是放入时间最久的那个，而尾元素则是最短的那个。
以下是 LinkedBlockingQueue 的初始化和使用示例代码：

BlockingQueue<String> unbounded = new LinkedBlockingQueue<String>();

BlockingQueue<String> bounded   = new LinkedBlockingQueue<String>(1024);
 
bounded.put("Value");

String value = bounded.take();

5 具有优先级的阻塞队列PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue 类实现了 BlockingQueue 接口。
PriorityBlockingQueue 是一个无界的并发队列。它使用了和类 java.util.PriorityQueue 一样的排序规则。你无法向这个队列中插入 null 值。
所有插入到 PriorityBlockingQueue 的元素必须实现 java.lang.Comparable 接口。因此该队列中元素的排序就取决于你自己的 Comparable 实现。
注意 PriorityBlockingQueue 对于具有相等优先级(compare() == 0)的元素并不强制任何特定行为。
同时注意，如果你从一个 PriorityBlockingQueue 获得一个 Iterator 的话，该 Iterator 并不能保证它对元素的遍历是以优先级为序的。
以下是使用 PriorityBlockingQueue 的示例：

BlockingQueue queue   = new PriorityBlockingQueue();

    //String implements java.lang.Comparable

    queue.put("Value");

    String value = queue.take();

6 同步队列 SynchronousQueue

SynchronousQueue 类实现了 BlockingQueue 接口。

SynchronousQueue 是一个特殊的队列，它的内部同时只能够容纳单个元素。如果该队列已有一元素的话，试图向队列中插入一个新元素的线程将会阻塞，直到另一个线程将该元素从队列中抽走。同样，如果该队列为空，试图向队列中抽取一个元素的线程将会阻塞，直到另一个线程向队列中插入了一条新的元素。

据此，把这个类称作一个队列显然是夸大其词了。它更多像是一个汇合点。

7 阻塞双端队列 BlockingDeque

java.util.concurrent 包里的 BlockingDeque 接口表示一个线程安放入和提取实例的双端队列。本小节我将给你演示如何使用 BlockingDeque。
BlockingDeque 类是一个双端队列，在不能够插入元素时，它将阻塞住试图插入元素的线程；在不能够抽取元素时，它将阻塞住试图抽取的线程。
deque(双端队列) 是 "Double Ended Queue" 的缩写。因此，双端队列是一个你可以从任意一端插入或者抽取元素的队列。

 BlockingDeque 的使用

在线程既是一个队列的生产者又是这个队列的消费者的时候可以使用到 BlockingDeque。如果生产者线程需要在队列的两端都可以插入数据，消费者线程需要在队列的两端都可以移除数据，这个时候也可以使用 BlockingDeque。BlockingDeque 图解：

一个 BlockingDeque - 线程在双端队列的两端都可以插入和提取元素。
一个线程生产元素，并把它们插入到队列的任意一端。如果双端队列已满，插入线程将被阻塞，直到一个移除线程从该队列中移出了一个元素。如果双端队列为空，移除线程将被阻塞，直到一个插入线程向该队列插入了一个新元素。

BlockingDeque 的方法

BlockingDeque 具有 4 组不同的方法用于插入、移除以及对双端队列中的元素进行检查。如果请求的操作不能得到立即执行的话，每个方法的表现也不同。这些方法如下：

四组不同的行为方式解释：
 

1. 抛异常：如果试图的操作无法立即执行，抛一个异常。
2. 特定值：如果试图的操作无法立即执行，返回一个特定的值(常常是 true / false)。
3. 阻塞：如果试图的操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行。
4. 超时：如果试图的操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行，但等待时间不会超过给定值。返回一个特定值以告知该操作是否成功(典型的是 true / false)。

BlockingDeque 继承自 BlockingQueue

BlockingDeque 接口继承自 BlockingQueue 接口。这就意味着你可以像使用一个 BlockingQueue 那样使用 BlockingDeque。如果你这么干的话，各种插入方法将会把新元素添加到双端队列的尾端，而移除方法将会把双端队列的首端的元素移除。正如 BlockingQueue 接口的插入和移除方法一样。
以下是 BlockingDeque 对 BlockingQueue 接口的方法的具体内部实现：

BlockingDeque 的实现

既然 BlockingDeque 是一个接口，那么你想要使用它的话就得使用它的众多的实现类的其中一个。java.util.concurrent 包提供了以下 BlockingDeque 接口的实现类：
 

LinkedBlockingDeque

BlockingDeque 代码示例

BlockingDeque<String> deque = new LinkedBlockingDeque<String>();

 

deque.addFirst("1");

deque.addLast("2");

 

String two = deque.takeLast();

String one = deque.takeFirst();

8 链阻塞双端队列 LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDeque 类实现了 BlockingDeque 接口。
deque(双端队列) 是 "Double Ended Queue" 的缩写。因此，双端队列是一个你可以从任意一端插入或者抽取元素的队列。(译者注：唐僧啊，受不了。)
LinkedBlockingDeque 是一个双端队列，在它为空的时候，一个试图从中抽取数据的线程将会阻塞，无论该线程是试图从哪一端抽取数据。
以下是 LinkedBlockingDeque 实例化以及使用的示例：

BlockingDeque<String> deque = new LinkedBlockingDeque<String>();

deque.addFirst("1");

deque.addLast("2");

String two = deque.takeLast();

String one = deque.takeFirst();

2 并发 Map(映射) ConcurrentMap 分段锁

HashMap ：先说HashMap，HashMap是线程不安全的，在并发环境下，可能会形成环状链表（扩容时可能造成，具体原因自行百度google或查看源码分析），导致get操作时，cpu空转，所以，在并发环境中使用HashMap是非常危险的。

HashTable ： HashTable和HashMap的实现原理几乎一样，差别无非是1.HashTable不允许key和value为null；2.HashTable是线程安全的。但是HashTable线程安全的策略实现代价却太大了，简单粗暴，get/put所有相关操作都是synchronized的，这相当于给整个哈希表加了一把大锁，多线程访问时候，只要有一个线程访问或操作该对象，那其他线程只能阻塞，相当于将所有的操作串行化，在竞争激烈的并发场景中性能就会非常差。

java.util.concurrent.ConcurrentMap

简介

首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成，Segment是一种可重入锁ReentrantLock

java.util.concurrent.ConcurrentMap 接口表示了一个能够对别人的访问(插入和提取)进行并发处理的 java.util.Map。
ConcurrentMap 除了从其父接口 java.util.Map 继承来的方法之外还有一些额外的原子性方法。

ConcurrentMap 的实现

既然 ConcurrentMap 是个接口，你想要使用它的话就得使用它的实现类之一。java.util.concurrent 包具备 ConcurrentMap 接口的以下实现类：
 

• ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 和 java.util.HashTable 类很相似，但 ConcurrentHashMap 能够提供比 HashTable 更好的并发性能。在你从中读取对象的时候 ConcurrentHashMap 并不会把整个 Map 锁住。此外，在你向其中写入对象的时候，ConcurrentHashMap 也不会锁住整个 Map。它的内部只是把 Map 中正在被写入的部分进行锁定。
另外一个不同点是，在被遍历的时候，即使是 ConcurrentHashMap 被改动，它也不会抛 ConcurrentModificationException。尽管 Iterator 的设计不是为多个线程的同时使用。
更多关于 ConcurrentMap 和 ConcurrentHashMap 的细节请参考官方文档。

ConcurrentHashMap 的高并发性主要来自于三个方面：

1.用分离锁实现多个线程间的更深层次的共享访问。

2.用 HashEntery 对象的不变性来降低执行读操作的线程在遍历链表期间对加锁的需求。

3.通过对同一个 Volatile 变量的写 / 读访问，协调不同线程间读 / 写操作的内存可见性。

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap提供了一种线程安全的并发访问的排序映射表。内部是SkipList（跳表）结构实现，在理论上能够在O(log(n))时间内完成查找、插入、删除操作。

注意，调用ConcurrentSkipListMap的size时，由于多个线程可以同时对映射表进行操作，所以映射表需要遍历整个链表才能返回元素个数，这个操作是个O(log(n))的操作

Skip list的性质

(1)由很多层结构组成，level是通过一定的概率随机产生的。

(2) 每一层都是一个有序的链表，默认是升序，也可以根据创建映射时所提供的Comparator进行排序，具体取决于使用的构造方法。

(3) 最底层(Level 1)的链表包含所有元素。

(4) 如果一个元素出现在Level i 的链表中，则它在Level i 之下的链表也都会出现。

(5) 每个节点包含两个指针，一个指向同一链表中的下一个元素，一个指向下面一层的元素。

ConcurrentMap 例子

以下是如何使用 ConcurrentMap 接口的一个例子。本示例使用了 ConcurrentHashMap 实现类：

ConcurrentMap concurrentMap = new ConcurrentHashMap();

concurrentMap.put("key", "value");

Object value = concurrentMap.get("key");

3锁 Lock

简介

java.util.concurrent.locks.Lock 是一个类似于 synchronized 块的线程同步机制。但是 Lock 比 synchronized 块更加灵活、精细。
 

Java Lock 例子

既然 Lock 是一个接口，在你的程序里需要使用它的实现类之一来使用它。以下是一个简单示例：

Lock lock = new ReentrantLock();

lock.lock();

//critical section

lock.unlock();

首先创建了一个 Lock 对象。之后调用了它的 lock() 方法。这时候这个 lock 实例就被锁住啦。任何其他再过来调用 lock() 方法的线程将会被阻塞住，直到锁定 lock 实例的线程调用了 unlock() 方法。最后 unlock() 被调用了，lock 对象解锁了，其他线程可以对它进行锁定了。

Java Lock 实现

java.util.concurrent.locks 包提供了以下对 Lock 接口的实现类：

ReentrantLock

Lock 和 synchronized 代码块的主要不同点

一个 Lock 对象和一个 synchronized 代码块之间的主要不同点是：

1  synchronized 代码块不能够保证进入访问等待的线程的先后顺序。

2 你不能够传递任何参数给一个 synchronized 代码块的入口。因此，对于 synchronized 代码块的访问等待设置超时时间是不可能的事情。

3 synchronized 块必须被完整地包含在单个方法里。而一个 Lock 对象可以把它的 lock() 和 unlock() 方法的调用放在不同的方法里。

Lock 的方法

Lock 接口具有以下主要方法：
 

• lock()
• lockInterruptibly()
• tryLock()
• tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit)
• unlock()

lock() 将 Lock 实例锁定。如果该 Lock 实例已被锁定，调用 lock() 方法的线程将会阻塞，直到 Lock 实例解锁。
lockInterruptibly() 方法将会被调用线程锁定，除非该线程被打断。此外，如果一个线程在通过这个方法来锁定 Lock 对象时进入阻塞等待，而它被打断了的话，该线程将会退出这个方法调用。
tryLock() 方法试图立即锁定 Lock 实例。如果锁定成功，它将返回 true，如果 Lock 实例已被锁定该方法返回 false。这一方法永不阻塞。
tryLock(long timeout, TimeUnit timeUnit) 的工作类似于 tryLock() 方法，除了它在放弃锁定 Lock 之前等待一个给定的超时时间之外。
 

unlock() 方法对 Lock 实例解锁。一个 Lock 实现将只允许锁定了该对象的线程来调用此方法。其他(没有锁定该 Lock 对象的线程)线程对 unlock() 方法的调用将会抛一个未检查异常(RuntimeException)。

读写锁 ReadWriteLock

java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock 读写锁是一种先进的线程锁机制。它能够允许多个线程在同一时间对某特定资源进行读取，但同一时间内只能有一个线程对其进行写入。
读写锁的理念在于多个线程能够对一个共享资源进行读取，而不会导致并发问题。并发问题的发生场景在于对一个共享资源的读和写操作的同时进行，或者多个写操作并发进行。

ReadWriteLock 锁规则

一个线程在对受保护资源在读或者写之前对 ReadWriteLock 锁定的规则如下：
 

• 读锁：如果没有任何写操作线程锁定 ReadWriteLock，并且没有任何写操作线程要求一个写锁(但还没有获得该锁)。因此，可以有多个读操作线程对该锁进行锁定。
• 写锁：如果没有任何读操作或者写操作。因此，在写操作的时候，只能有一个线程对该锁进行锁定。

ReadWriteLock 实现

ReadWriteLock 是个接口，如果你想用它的话就得去使用它的实现类之一。java.util.concurrent.locks 包提供了 ReadWriteLock 接口的以下实现类：
 

• ReentrantReadWriteLock

ReadWriteLock 代码示例

以下是 ReadWriteLock 的创建以及如何使用它进行读、写锁定的简单示例代码：

ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

readWriteLock.readLock().lock();

    // multiple readers can enter this section

    // if not locked for writing, and not writers waiting

    // to lock for writing.

readWriteLock.readLock().unlock();

readWriteLock.writeLock().lock();

    // only one writer can enter this section,

    // and only if no threads are currently reading.

readWriteLock.writeLock().unlock();

注意如何使用 ReadWriteLock 对两种锁实例的持有。一个对读访问进行保护，一个队写访问进行保护。

4执行器服务 ExecutorService

java.util.concurrent.ExecutorService 接口表示一个异步执行机制，使我们能够在后台执行任务。因此一个 ExecutorService 很类似于一个线程池。实际上，存在于 java.util.concurrent 包里的 ExecutorService 实现就是一个线程池实现。

ExecutorService 例子

以下是一个简单的 ExecutorService 例子：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

executorService.execute(new Runnable() {

    public void run() {

        System.out.println("Asynchronous task");

    }

});

executorService.shutdown();

首先使用 newFixedThreadPool() 工厂方法创建一个 ExecutorService。这里创建了一个十个线程执行任务的线程池。
然后，将一个 Runnable 接口的匿名实现类传递给 execute() 方法。这将导致 ExecutorService 中的某个线程执行该 Runnable。

任务委派

下图说明了一个线程是如何将一个任务委托给一个 ExecutorService 去异步执行的：

一个线程将一个任务委派给一个 ExecutorService 去异步执行。
一旦该线程将任务委派给 ExecutorService，该线程将继续它自己的执行，独立于该任务的执行。

ExecutorService 实现

既然 ExecutorService 是个接口，如果你想用它的话就得去使用它的实现类之一。java.util.concurrent 包提供了 ExecutorService 接口的以下实现类：
 

• ThreadPoolExecutor
• ScheduledThreadPoolExecutor

创建一个 ExecutorService

ExecutorService 的创建依赖于你使用的具体实现。但是你也可以使用 Executors 工厂类来创建 ExecutorService 实例。以下是几个创建 ExecutorService 实例的例子：

ExecutorService executorService1 = Executors.newSingleThreadExecutor();

ExecutorService executorService2 = Executors.newFixedThreadPool(10);

ExecutorService executorService3 = Executors.newScheduledThreadPool(10);

ExecutorService 使用

有几种不同的方式来将任务委托给 ExecutorService 去执行：
 

• execute(Runnable)
• submit(Runnable)
• submit(Callable)
• invokeAny(...)
• invokeAll(...)

execute(Runnable)

execute(Runnable) 方法要求一个 java.lang.Runnable 对象，然后对它进行异步执行。以下是使用 ExecutorService 执行一个 Runnable 的示例：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

executorService.execute(new Runnable() {

    public void run() {

        System.out.println("Asynchronous task");

    }

});

executorService.shutdown();

没有办法得知被执行的 Runnable 的执行结果。如果有需要的话你得使用一个 Callable(以下将做介绍)。

submit(Runnable)

submit(Runnable) 方法也要求一个 Runnable 实现类，但它返回一个 Future 对象。这个 Future 对象可以用来检查 Runnable 是否已经执行完毕。
以下是 ExecutorService submit() 示例：

Future future = executorService.submit(new Runnable() {

    public void run() {

        System.out.println("Asynchronous task");

    }

});

future.get();  //returns null if the task has finished correctly.

submit(Callable)

submit(Callable) 方法类似于 submit(Runnable) 方法，除了它所要求的参数类型之外。Callable 实例除了它的 call() 方法能够返回一个结果之外和一个 Runnable 很相像。Runnable.run() 不能够返回一个结果。
Callable 的结果可以通过 submit(Callable) 方法返回的 Future 对象进行获取。以下是一个 ExecutorService Callable 示例：

Future future = executorService.submit(new Callable(){

    public Object call() throws Exception {

        System.out.println("Asynchronous Callable");

        return "Callable Result";

    }

});

System.out.println("future.get() = " + future.get());

以上代码输出：
Asynchronous Callable
future.get() = Callable Result

invokeAny()

invokeAny() 方法要求一系列的 Callable 或者其子接口的实例对象。调用这个方法并不会返回一个 Future，但它返回其中一个 Callable 对象的结果。无法保证返回的是哪个 Callable 的结果 - 只能表明其中一个已执行结束。
如果其中一个任务执行结束(或者抛了一个异常)，其他 Callable 将被取消。

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();

callables.add(new Callable<String>() {

    public String call() throws Exception {

        return "Task 1";

    }

});

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 2";
    }

});

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 3";
    }
});

 
String result = executorService.invokeAny(callables);
System.out.println("result = " + result);
executorService.shutdown();

上述代码将会打印出给定 Callable 集合中的一个的执行结果。我自己试着执行了它几次，结果始终在变。有时是 "Task 1"，有时是 "Task 2" 等等。

invokeAll()

invokeAll() 方法将调用你在集合中传给 ExecutorService 的所有 Callable 对象。invokeAll() 返回一系列的 Future 对象，通过它们你可以获取每个 Callable 的执行结果。
记住，一个任务可能会由于一个异常而结束，因此它可能没有 "成功"。无法通过一个 Future 对象来告知我们是两种结束中的哪一种。
以下是一个代码示例：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 1";
    }
});

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
       return "Task 2";
    }
});

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 3";
    }
});


List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(callables);

for(Future<String> future : futures){
    System.out.println("future.get = " + future.get());
}

executorService.shutdown();

ExecutorService 关闭

使用完 ExecutorService 之后你应该将其关闭，以使其中的线程不再运行。

比如，如果你的应用是通过一个 main() 方法启动的，之后 main 方法退出了你的应用，如果你的应用有一个活动的 ExexutorService 它将还会保持运行。ExecutorService 里的活动线程阻止了 JVM 的关闭。

要终止 ExecutorService 里的线程你需要调用 ExecutorService 的 shutdown() 方法。ExecutorService 并不会立即关闭，但它将不再接受新的任务，而且一旦所有线程都完成了当前任务的时候，ExecutorService 将会关闭。在 shutdown() 被调用之前所有提交给 ExecutorService 的任务都被执行。

如果你想要立即关闭 ExecutorService，你可以调用 shutdownNow() 方法。这样会立即尝试停止所有执行中的任务，并忽略掉那些已提交但尚未开始处理的任务。无法担保执行任务的正确执行。可能它们被停止了，也可能已经执行结束。

5线程池执行者 ThreadPoolExecutor

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 是 ExecutorService 接口的一个实现。ThreadPoolExecutor 使用其内部池中的线程执行给定任务(Callable 或者 Runnable)。
ThreadPoolExecutor 包含的线程池能够包含不同数量的线程。池中线程的数量由以下变量决定：

• corePoolSize
• maximumPoolSize

当一个任务委托给线程池时，如果池中线程数量低于 corePoolSize，一个新的线程将被创建，即使池中可能尚有空闲线程。
如果内部任务队列已满，而且有至少 corePoolSize 正在运行，但是运行线程的数量低于 maximumPoolSize，一个新的线程将被创建去执行该任务。
ThreadPoolExecutor 图解：

一个 ThreadPoolExecutor
 

创建一个 ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 有若干个可用构造子。比如：
 

int  corePoolSize  =    5;

int  maxPoolSize   =   10;

long keepAliveTime = 5000;

 

ExecutorService threadPoolExecutor =

        new ThreadPoolExecutor(

                corePoolSize,

                maxPoolSize,

                keepAliveTime,

                TimeUnit.MILLISECONDS,

                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()

                );

但是，除非你确实需要显式为 ThreadPoolExecutor 定义所有参数，使用 java.util.concurrent.Executors 类中的工厂方法之一会更加方便，正如  ExecutorService 小节所述。

6 闭锁 CountDownLatch

java.util.concurrent.CountDownLatch 是一个并发构造，它允许一个或多个线程等待一系列指定操作的完成。
CountDownLatch 以一个给定的数量初始化。countDown() 每被调用一次，这一数量就减一。通过调用 await() 方法之一，线程可以阻塞等待这一数量到达零。

CountDownLatch让可以让一组线程同时执行，然后在这组线程全部执行完前，可以让另一个线程等待。

就好像跑步比赛，10个选手依次就位，哨声响才同时出发；所有选手都通过终点，才能公布成绩。那么CountDownLatch就可以控制10个选手同时出发，和公布成绩的时间。

CountDownLatch 是一个通用同步工具，它有很多用途。将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器，或入口：在通过调用 countDown() 的线程打开入口前，所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待，或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。 

CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);

CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);

以下是一个简单示例。Decrementer 三次调用 countDown() 之后，等待中的 Waiter 才会从 await() 调用中释放出来。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

    Waiter      waiter      = new Waiter(latch);
    Decrementer decrementer = new Decrementer(latch);
 
    new Thread(waiter)     .start();
    new Thread(decrementer).start();
 
    Thread.sleep(4000);

    public class Waiter implements Runnable{

        CountDownLatch latch = null;

        public Waiter(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        public void run() {
            try {
                latch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("Waiter Released");
        }
    }

    public class Decrementer implements Runnable {

        CountDownLatch latch = null;

        public Decrementer(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        public void run() {

            try {
                Thread.sleep(1000);
                this.latch.countDown();

                Thread.sleep(1000);
                this.latch.countDown();

                Thread.sleep(1000);
                this.latch.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

7栅栏 CyclicBarrier

java.util.concurrent.CyclicBarrier 类是一种同步机制，它能够对处理一些算法的线程实现同步。换句话讲，它就是一个所有线程必须等待的一个栅栏，直到所有线程都到达这里，然后所有线程才可以继续做其他事情。图示如下：

两个线程在栅栏旁等待对方。
通过调用 CyclicBarrier 对象的 await() 方法，两个线程可以实现互相等待。一旦 N 个线程在等待 CyclicBarrier 达成，所有线程将被释放掉去继续运行。

创建一个 CyclicBarrier

在创建一个 CyclicBarrier 的时候你需要定义有多少线程在被释放之前等待栅栏。创建 CyclicBarrier 示例：

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);

等待一个 CyclicBarrier

以下演示了如何让一个线程等待一个 CyclicBarrier：

barrier.await();

当然，你也可以为等待线程设定一个超时时间。等待超过了超时时间之后，即便还没有达成 N 个线程等待 CyclicBarrier 的条件，该线程也会被释放出来。以下是定义超时时间示例：

barrier.await(10, TimeUnit.SECONDS);

满足以下任何条件都可以让等待 CyclicBarrier 的线程释放：

最后一个线程也到达 CyclicBarrier(调用 await())

当前线程被其他线程打断(其他线程调用了这个线程的 interrupt() 方法)

其他等待栅栏的线程被打断

其他等待栅栏的线程因超时而被释放

外部线程调用了栅栏的 CyclicBarrier.reset() 方法

CyclicBarrier 行动

CyclicBarrier 支持一个栅栏行动，栅栏行动是一个 Runnable 实例，一旦最后等待栅栏的线程抵达，该实例将被执行。你可以在 CyclicBarrier 的构造方法中将 Runnable 栅栏行动传给它：

Runnable      barrierAction = ... ;

CyclicBarrier barrier       = new CyclicBarrier(2, barrierAction);

CyclicBarrier与CountDownLacth的区别：

1）CountDownLacth用于一个线程与一组线程之间的相互等待。常用的就是一个主线程与一组分治线程之间的等待：主线程发号令，一组线程同时执行；一组线程依次执行完，再唤醒主线程继续执行；

CyclicBarrier用于一组线程执行时，每个线程执行有多个节点，每个节点的处理需要相互等待。如：对5个文件进行处理，按行将各个文件数字挑出来合并成一行，排序，并输出到另一个文件，那每次处理都需要等待5个线程读入下一行。（api示例可供参考）

2）CountDownLacth的处理机制是：初始化一个值N（相当于一组线程有N个），每个线程调用一次countDown()，那么cdLatch减1，等所有线程都调用过countDown()，那么cdLatch值达到0，那么线程从await()处接着玩下执行。

CyclicBarrier的处理机制是：初始化一个值N（相当于一组线程有N个），每个线程调用一次await()，那么barrier加1，等所有线程都调用过await()，那么barrier值达到初始值N，所有线程接着往下执行，并将barrier值重置为0，再次循环下一个屏障；

3）由2）可以知道，CountDownLatch只可以使用一次，而CyclicBarrier是可以循环使用的。

public class CyclicBarrierTest {
       private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5,
                     new Runnable(){
                            public void run(){  //每次线程到达屏障点，此方法都会执行
                                System.out.println("\n--------barrier action--------\n");
                            }
                     });

       public static void main(String[] args) {
              for(int i=0;i<5;i++){
                     new Thread(new CyclicBarrierTest().new Worker()).start();
              }
       }

       class Worker implements Runnable{
              public void run(){
                     try {

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第一阶段");

                        Thread.sleep(getRl());

                         barrier.await();      //每一次await()都会阻塞，等5个线程都执行到这一步（相当于barrier++操作，加到初始化值5），才继续往下执行

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第二阶段");

                         Thread.sleep(getRl());

                         barrier.await();      //每一次5个线程都到达共同的屏障节点，会执行barrier初始化参数中定义的Runnable.run()

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第三阶段");

                            Thread.sleep(getRl());

                            barrier.await();

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第四阶段");

                            Thread.sleep(getRl());

                            barrier.await();

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--第五阶段");

                            Thread.sleep(getRl());

                            barrier.await();

                         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--结束");

                     } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {

                            e.printStackTrace();

                     }

              }

       }

       public static long getRl(){

              return Math.round(10000);

       }

}

8信号量 Semaphore

java.util.concurrent.Semaphore 类是一个计数信号量。这就意味着它具备两个主要方法：
 

acquire()

release()

计数信号量由一个指定数量的 "许可" 初始化。每调用一次 acquire()，一个许可会被调用线程取走。每调用一次 release()，一个许可会被返还给信号量。因此，在没有任何 release() 调用时，最多有 N 个线程能够通过 acquire() 方法，N 是该信号量初始化时的许可的指定数量。这些许可只是一个简单的计数器。这里没啥奇特的地方。

Semaphore 用法

信号量主要有两种用途：

1 保护一个重要(代码)部分防止一次超过 N 个线程进入。

2 在两个线程之间发送信号。

保护重要部分

如果你将信号量用于保护一个重要部分，试图进入这一部分的代码通常会首先尝试获得一个许可，然后才能进入重要部分(代码块)，执行完之后，再把许可释放掉。比如这样：

Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

//critical section

semaphore.acquire();

...

semaphore.release();

在线程之间发送信号

如果你将一个信号量用于在两个线程之间传送信号，通常你应该用一个线程调用 acquire() 方法，而另一个线程调用 release() 方法。
如果没有可用的许可，acquire() 调用将会阻塞，直到一个许可被另一个线程释放出来。同理，如果无法往信号量释放更多许可时，一个 release() 调用也会阻塞。
通过这个可以对多个线程进行协调。比如，如果线程 1 将一个对象插入到了一个共享列表(list)之后之后调用了 acquire()，而线程 2 则在从该列表中获取一个对象之前调用了 release()，这时你其实已经创建了一个阻塞队列。信号量中可用的许可的数量也就等同于该阻塞队列能够持有的元素个数。

公平

没有办法保证线程能够公平地可从信号量中获得许可。也就是说，无法担保掉第一个调用 acquire() 的线程会是第一个获得一个许可的线程。如果第一个线程在等待一个许可时发生阻塞，而第二个线程前来索要一个许可的时候刚好有一个许可被释放出来，那么它就可能会在第一个线程之前获得许可。
如果你想要强制公平，Semaphore 类有一个具有一个布尔类型的参数的构造子，通过这个参数以告知 Semaphore 是否要强制公平。强制公平会影响到并发性能，所以除非你确实需要它否则不要启用它。
以下是如何在公平模式创建一个 Semaphore 的示例：

Semaphore semaphore = new Semaphore(1, true);

更多方法

java.util.concurrent.Semaphore 类还有很多方法，比如：

availablePermits()

acquireUninterruptibly()

drainPermits()

hasQueuedThreads()

getQueuedThreads()

tryAcquire()

等等

参考链接

https://blog.csdn.net/defonds/article/details/44021605#t8

Java 并发工具包 java.util.concurrent 用户指南

https://blog.csdn.net/lh87522/article/details/45973373

java.util.concurrent包下的几个常用类

https://www.cnblogs.com/miketwais/p/java_util_concurrent.html

Java并发编程之java.util.concurrent包下常见类的使用

https://blog.csdn.net/starbxx/article/details/95333992

java多线程：java.util.concurrent包下的类

https://blog.csdn.net/qq_27378875/article/details/81610696

Java并发包-java.util.concurrent详解