Java面试必考问题:一篇文章理清Java并发包JUC

Java并发包 JUC 是 在Java 5.0添加的 java.util.concurrent 包的简称，目的就是为了更好地支持高并发任务，让开发者进行多线程编程时可以有效地减少竞争条件和死锁线程。JUC一直也是Java面试中常考的内容，本文将JUC包的内容梳理一下。

JUC包的组成

JUC包主要包括5个部分：工具类（tools）、线程池类（Executor）、原子操作类（Atomic）、锁类（Locks）、并发容器类（Collections）。

工具类

工具类主要包括：闭锁（CountDownLatch）、栅栏（CyclicBarrier）和信号量（Semaphone）、线程池工厂类（Executors）、交换器（Exchanger）。

（1）CountDownLatch 是一个同步辅助类，CountDown的意思是倒计数，Latch的意思是门闩（shuan一声）。这个工具用来控制线程等待，让某一个线程等待直到倒计数结束再开始执行。常用在线程需要等待一组操作完成之后才能执行的场景中。

（2）CyclicBarrier 也是线程并发控制工具，Barrier的意思是栅（zha四声）栏，作用是阻止线程继续执行，要求线程在栅栏外等待。CyclicBarrier 让一组线程互相等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点 ，才继续执行。

（3）Semaphore 是一个计数信号量，它的本质是一个“共享锁“。信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用 acquire()来获取信号量的许可；当信号量中有可用的许可时，线程能获取该许可；否则线程必须等待，直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。

（4）Executors 主要是用来创建线程池。

阿里巴巴Java开发手册中明确指出：不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式是让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

（5）Exchanger 用于两个线程交换对象，一个线程负责生产对象，另一个线程负责消费对象。实际当中用得比较少。

线程池类

Java1.5引入的Executor框架实现的是线程池的功能，实现了工作单元（任务）和任务执行分离。Executor框架主要包括3大部分：

（1）任务，即工作单元。执行任务需要实现的接口是 Runnable 接口（无返回值）或者 Callable 接口（有返回值）；

（2）任务的执行。把任务分派给多个线程的执行机制，包括 Executor 接口及继承自 Executor 接口的 ExecutorService 接口。

（3）异步任务。包括 Future 接口及实现了 Future 接口的 FutureTask 类。

Executor 是线程池的顶级接口，但它只有一个执行线程的方法 execute()，主要的线程池接口是 ExecutorService。

ExecutorService接口的实现类有两个：

（1）ThreadPoolExecutor 是线程池的具体实现，用来执行被提交的任务，包括Runnable任务或者 Callable 任务。

（2）ScheduledThreadPoolExecutor 继承了 ThreadPoolExecutor 并实现了 ScheduledExecutorService 接口。主要用于在给定的延迟后执行任务或者定期执行任务。

关于线程池类ThreadPoolExecutor 可以参考前文《Java面试必考问题：Tomcat为啥不用Java原生线程池 》。

原子操作类

JDK提供的一组原子操作类，实现原理大多是内部持有类型变量value，而且变量被volatile关键字修饰。这样保证每次线程使用变量的时候，都会拿到最新的值。

当多个线程同时对原子类型变量的值进行更新时，仅有一个线程能成功，而未成功的线程可以像自旋锁一样，继续尝试，一直等到执行成功。

java.util.concurrent.atomic 包中共有12个类：

• 原子类型：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
• 原子数组类型：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
• 原子属性更新器：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
• 解决 ABA 问题的原子类型：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

关于ABA问题的介绍，可以参考前文《Java面试必考问题：如何解决CAS算法的ABA问题 》。

锁类

Locks 包（java.util.concurrent.locks）是JDK提供的锁机制，相比 synchronized 关键字，Locks包提供的框架功能更加强大，允许开发者更灵活地使用锁。

主要的实现类包括：

（1）可重入锁 ReentrantLock：ReentrantLock是独占锁，是指只能被独自占领，即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。

（2）可重入读写锁 ReentrantReadWriteLock：它包括两个内部类 ReadLock 和 WriteLock 。ReadLock是共享锁，而WriteLock是独占锁。

（3）线程阻塞工具类 LockSupport：具备阻塞线程和解除阻塞线程的功能，并且不会引发死锁。

关于可重入锁的介绍，可参考前文《Java编程必考问题：什么是ReentrantLock？ 》。

并发容器类

主要是提供线程安全的容器。大部分常用的Java集合类（Set、List和Map）都不是线程安全的，不过一般都有对应的线程安全的并发容器类，比如：

（1）ArrayList 对应的并发容器类是 CopyOnWriteArrayList；

（2）HashSet 对应的并发容器类是 CopyOnWriteArraySet；

（3）HashMap 对应的并发容器类是 ConcurrentHashMap。

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