1、Callable&Future 接口
1.1、Callable 接口
目前我们学习了有两种创建线程的方法-一种是通过创建Thread类，另一种是 通过使用Runnable创建线程。但是，Runnable缺少的一项功能是，当线程 终止时（即run（）完成时），我们无法使线程返回结果。为了支持此功能， Java中提供了Callable接口。
现在我们学习的是创建线程的第三种方案—Callable接口
Callable接口的特点如下：
（1）为了实现Runnable，需要实现不返回任何内容的run（）方法，而对于 Callable，需要实现在完成时返回结果的call（）方法。
（2）call（）方法可以引发异常，而run（）则不能。
（3） 为实现Callable而必须重写call方法
（4） 不能直接替换runnable,因为Thread类的构造方法根本没有Callable
所以可以通过FutureTask来让Callable与new Thread产生联系，实现创建线程
package callable;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 6:22
*/
public class MyThread {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
new Thread(new MyThread1(), "Runnable").start();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread2());
//lam表达式
FutureTask<Integer> lamTask = new FutureTask<>(() -> {
return 1024;
});
new Thread(futureTask, "Callable").start();
while (!futureTask.isDone()) {
System.out.println("wait");
}
System.out.println(futureTask.get());
//futureTask只会计算一次，后面调用直接返回结果
System.out.println(futureTask.get());
//new Thread(lamTask).start();
//System.out.println(lamTask.get());
}
}
/**
* 创建新类MyThread实现runnable接口
*/
class MyThread1 implements Runnable {
@Override
public void run() {
}
}
/**
* 新类MyThread2实现callable接口
*/
class MyThread2 implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
return 200;
}
}
1.2、 Future 接口
当call（）方法完成时，结果必须存储在主线程已知的对象中，以便主线程可 以知道该线程返回的结果。为此，可以使用Future对象。
将Future视为保存结果的对象–它可能暂时不保存结果，但将来会保存（一旦 Callable返回）。Future基本上是主线程可以跟踪进度以及其他线程的结果的 一种方式。要实现此接口，必须重写5种方法，这里列出了重要的方法,如下:
（1） public boolean cancel（boolean mayInterrupt）：用于停止任务。
如果尚未启动，它将停止任务。如果已启动，则仅在mayInterrupt为true 时才会中断任务。
（2） public Object get（）抛出InterruptedException，ExecutionException： 用于获取任务的结果。
==如果任务完成，它将立即返回结果，否则将等待任务完成，然后返回结果。 ==
（3）public boolean isDone（）：如果任务完成，则返回true，否则返回false
联系
可以看到Callable和Future做两件事-Callable与Runnable类似，因为它封装了要在另一个线程上运行的任务，而Future用于存储从另一个线程获得的结果。实际上，future也可以与Runnable一起使用。
要创建线程，需要Runnable。为了获得结果，需要future。
Java库具有具体的FutureTask类型，该类型实现Runnable和Future，并方 便地将两种功能组合在一起。 可以通过为其构造函数提供Callable来创建 FutureTask。然后，将FutureTask对象提供给Thread的构造函数以创建 Thread对象。因此，间接地使用Callable创建线程。
==核心原理:(重点) ==
在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些 作业交给Future对象在后台完成
（1） 当主线程将来需要时，就可以通过Future对象获得后台作业的计算结果或者执 行状态
（2） 一般FutureTask多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去 获取结果。
（3） 仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法
（4）一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算
（5）get方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完 成状态，然后会返回结果或者抛出异常
（6）get只计算一次,因此get方法放到最后
2、JUC 三大辅助类
JUC中提供了三种常用的辅助类，通过这些辅助类可以很好的解决线程数量过 多时Lock锁的频繁操作。这三种辅助类为：
（1） CountDownLatch: 减少计数
（2）CyclicBarrier: 循环栅栏
（3）Semaphore: 信号灯
2.1、减少计数 CountDownLatch
CountDownLatch类可以设置一个计数器，然后通过countDown方法来进行 减1的操作，使用await方法等待计数器不大于0，然后继续执行await方法 之后的语句。
（1）CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，这 些线程会阻塞
（2）其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程 不会阻塞)
（3） 当计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行
package assist;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 7:54
*/
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//没有CountDownLatch的情况下，会导致子线程未全部结束，主线程就退出
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"号同学走人了");
//让计数器减1
countDownLatch.countDown();
},String.valueOf(i)).start();
}
//计数器不等于0，一直等待，为0时执行之后的代码
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"班长锁门走人了");
}
}
2.2、 循环栅栏 CyclicBarrier
CyclicBarrier看英文单词可以看出大概就是循环阻塞的意思，在使用中 CyclicBarrier的构造方法第一个参数是目标障碍数，每次执行CyclicBarrier一 次障碍数会加一，如果达到了目标障碍数，才会执行cyclicBarrier.await()之后 的语句。可以将CyclicBarrier理解为加1操作
场景: 集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
package assist;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 8:09
*/
public class CyclicBarrierDemo {
//定义神龙召唤需要的龙珠总数
private final static int NUMBER = 7;
/**
* 集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
//定义循环栅栏
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(NUMBER, () -> {
System.out.println("集齐" + NUMBER + "颗龙珠,现在召唤神龙!!!!!!!!!");
});
//定义7个线程分别去收集龙珠
for (int i = 1; i <= 7; i++) {
new Thread(() -> {
try {
if (Thread.currentThread().getName().equals("龙珠3号")) {
System.out.println("龙珠3号抢夺战开始,孙悟空开启超级赛亚人模式!");
Thread.sleep(5000);
System.out.println("龙珠3号抢夺战结束,孙悟空打赢了,拿到了龙珠3 号!");
} else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "收集到 了!!!!");
}
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "龙珠" + i + "号").start();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"结束");
}
}
2.3、信号灯 Semaphore
Semaphore的构造方法中传入的第一个参数是最大信号量（可以看成最大线 程池），每个信号量初始化为一个最多只能分发一个许可证。使用acquire方 法获得许可证，release方法释放许可
场景: 抢车位, 6部汽车3个停车位
package assist;
import java.util.concurrent.Semaphore;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 8:27
*/
public class SemaphoreDemo {
/**
* 抢车位, 10部汽车1个停车位
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
//定义3个停车位
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
//模拟6辆汽车停车
for (int i = 1; i <= 6; i++) {
Thread.sleep(100);
//停车
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "找车位ing");
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "汽车停车成功!");
Thread.sleep(10000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "溜了溜了");
semaphore.release();
}
}, "汽车" + i).start();
}
}
}
3、读写锁
3.1、读写锁介绍
现实中有这样一种场景：对共享资源有读和写的操作，且写操作没有读操作那 么频繁。在没有写操作的时候，多个线程同时读一个资源没有任何问题，所以 应该允许多个线程同时读取共享资源；但是如果一个线程想去写这些共享资源， 就不应该允许其他线程对该资源进行读和写的操作了。
针对这种场景，JAVA的并发包提供了读写锁ReentrantReadWriteLock， 它表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；一个是写相关的锁，称 为排他锁
3.1.1、 线程进入读锁的前提条件：
（1） 没有其他线程的写锁
（2）没有写请求, 或者有写请求，但调用线程和持有锁的线程是同一个(可重入 锁)。
3.1.2、 线程进入写锁的前提条件：
（1）没有其他线程的读锁
（2）没有其他线程的写锁
3.1.3、读写锁有以下三个重要的特性：
（1）公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公 平优于公平。
（2）重进入：读锁和写锁都支持线程重进入。
（3）锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为 读锁。
3.1.4、使用读写锁解决并发问题
不是用读写锁时存在的问题
package readwrite;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 9:12
*/
public class ReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) {
MyCache myCache = new MyCache();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int num = i;
new Thread(() -> {
myCache.put(num + "", num + "");
}, num + "thread").start();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int num = i;
new Thread(() -> {
Object o = myCache.get(num + "");
}, num + "thread").start();
}
}
}
class MyCache {
//创建map集合
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
//放数据
public void put(String key, Object value) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在写操作" + key);
try {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写操作完成" + key);
}
public Object get(String key) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在读操作" + key);
try {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Object result = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已经读取完成" + result);
return result;
}
}
其中一个值还没有写完，其他线程就拥有了写的能力，然后进行读取没有写完的值，就为空
使用读写锁
package readwrite;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 9:12
*/
public class ReadWriteLockDemo {
public static void main(String[] args) {
MyCache myCache = new MyCache();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int num = i;
new Thread(() -> {
myCache.put(num + "", num + "");
}, num + "thread").start();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int num = i;
new Thread(() -> {
Object o = myCache.get(num + "");
}, num + "thread").start();
}
}
}
class MyCache {
//创建map集合
private volatile Map<String, Object> map = new HashMap<>();
// 创 建 读写锁对 象
private ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
//放数据
public void put(String key, Object value) {
rwLock.writeLock().lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在写操作" + key);
try {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
map.put(key, value);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写操作完成" + key);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
// 释 放 写锁
rwLock.writeLock().unlock();
}
}
public Object get(String key) {
// 添加 读锁
rwLock.readLock().lock();
Object result=null;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在读操作" + key);
try {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(300);
result = map.get(key);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已经读取完成" + result);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
// 释 放 读锁
rwLock.readLock().unlock();
}
return result;
}
}
只有拥有锁的线程写完了，其他线程才可以获取锁
4、阻塞队列
4.1、BlockingQueue 简介
Concurrent包中，BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全 “传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建 高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue 家庭 中的所有成员，包括他们各自的功能以及常见使用场景。
阻塞队列，顾名思义，首先它是一个队列, 通过一个共享的队列，可以使得数据由队列的一端输入，从另外一端输出；
当队列是空的，从队列中获取元素的操作将会被阻塞
当队列是满的，从队列中添加元素的操作将会被阻塞
试图从空的队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他线程往空的队列插入新的元素
试图向已满的队列中添加新元素的线程将会被阻塞，直到其他线程从队列中移除一个或多 个元素或者完全清空，使队列变得空闲起来并后续新增
常用的队列主要有以下两种：
（1） 先进先出（FIFO）：先插入的队列的元素也最先出队列，类似于排队的功能。 从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性
（2） 后进先出（LIFO）：后插入队列的元素最先出队列，这种队列优先处理最近发生的事件(栈)
在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起 的线程又会自动被唤起
为什么需要BlockingQueue
好处是我们不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切 BlockingQueue都给你一手包办了
在concurrent包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须去自己控制这些细 节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。
多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，比如经典的“生产者”和 “消费者”模型中，通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我 们有若干生产者线程，另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准 备好的数据共享给消费者线程，利用队列的方式来传递数据，就可以很方便地 解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内，万一 发生数据处理速度不匹配的情况呢？理想情况下，如果生产者产出数据的速度 大于消费者消费的速度，并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候，那么 生产者必须暂停等待一下（阻塞生产者线程），以便等待消费者线程把累积的 数据处理完毕，反之亦然。
（1）当队列中没有数据的情况下，消费者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起）， 直到有数据放入队列
（2）当队列中填满数据的情况下，生产者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起）， 直到队列中有空的位置，线程被自动唤醒
4.2、 BlockingQueue 核心方法
4.2.1、放入数据
（1）offer(anObject):表示如果可能的话,将an Object加到BlockingQueue 里,即 如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.（本方法不阻塞当 前执行方法的线程）
（2）offer(E o, long timeout, TimeUnit unit)：可以设定等待的时间，如果在指定 的时间内，还不能往队列中加入BlockingQueue，则返回失败
（3） put(an Object):把an Object加到BlockingQueue 里,如果BlockQueue没有 空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里面有空间再继续.
4.2.2、获取数据
（1） poll(time): 取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等 time参数规定的时间,取不到时返回null
（2） poll(long timeout, TimeUnit unit)：从BlockingQueue取出一个队首的对象， 如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则直到时间超时还没有数据可取，返回失败。
（3） take(): 取走BlockingQueue 里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断 进入等待状态直到BlockingQueue有新的数据被加入;
（4） drainTo(): 一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象（还可以指定 获取数据的个数），通过该方法，可以提升获取数据效率；不需要多次分批加 锁或释放锁。
package queue;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 11:18
*/
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// List list = new ArrayList();
BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
//第一组
// System.out.println(blockingQueue.add("a"));
// System.out.println(blockingQueue.add("b"));
// System.out.println(blockingQueue.add("c"));
// System.out.println(blockingQueue.element());
//System.out.println(blockingQueue.add("x"));
// System.out.println(blockingQueue.remove());
// System.out.println(blockingQueue.remove());
// System.out.println(blockingQueue.remove());
// System.out.println(blockingQueue.remove());
// 第二组
// System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
// System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
// System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
// System.out.println(blockingQueue.offer("x"));
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// System.out.println(blockingQueue.poll());
// 第三组
// blockingQueue.put("a");
// blockingQueue.put("b");
// blockingQueue.put("c");
// blockingQueue.put("x");
// System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take());
// System.out.println(blockingQueue.take());
// 第四组
System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L, TimeUnit.SECONDS));
}
}
4.3、常见的 BlockingQueue
4.3.1、ArrayBlockingQueue(常用)
基于数组的阻塞队列实现，在ArrayBlockingQueue内部，维护了一个定长数 组，以便缓存队列中的数据对象，这是一个常用的阻塞队列，除了一个定长数 组外，ArrayBlockingQueue 内部还保存着两个整形变量，分别标识着队列的 头部和尾部在数组中的位置。
ArrayBlockingQueue在生产者放入数据和消费者获取数据，都是共用同一个 锁对象，由此也意味着两者无法真正并行运行，这点尤其不同于 LinkedBlockingQueue；按照实现原理来分析，ArrayBlockingQueue 完全可 以采用分离锁，从而实现生产者和消费者操作的完全并行运行。Doug Lea之 所以没这样去做，也许是因为ArrayBlockingQueue的数据写入和获取操作已 经足够轻巧，以至于引入独立的锁机制，除了给代码带来额外的复杂性外，其 在性能上完全占不到任何便宜。 ArrayBlockingQueue和 LinkedBlockingQueue 间还有一个明显的不同之处在于，前者在插入或删除 元素时不会产生或销毁任何额外的对象实例，而后者则会生成一个额外的 Node对象。这在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的系统中，其对于 GC的影响还是存在一定的区别。而在创建ArrayBlockingQueue时，我们还 可以控制对象的内部锁是否采用公平锁，默认采用非公平锁。
一句话总结: 由数组结构组成的有界阻塞队列。
4.3.2、 LinkedBlockingQueue(常用)
基于链表的阻塞队列，同ArrayListBlockingQueue 类似，其内部也维持着一 个数据缓冲队列（该队列由一个链表构成），当生产者往队列中放入一个数据 时，队列会从生产者手中获取数据，并缓存在队列内部，而生产者立即返回； 只有当队列缓冲区达到最大值缓存容量时（LinkedBlockingQueue可以通过 构造函数指定该值），才会阻塞生产者队列，直到消费者从队列中消费掉一份数据，生产者线程会被唤醒，反之对于消费者这端的处理也基于同样的原理。 而LinkedBlockingQueue 之所以能够高效的处理并发数据，还因为其对于生 产者端和消费者端分别采用了独立的锁来控制数据同步，这也意味着在高并发 的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列 的并发性能。
ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue是两个最普通也是最常用 的阻塞队列，一般情况下，在处理多线程间的生产者消费者问题，使用这两个 类足矣。
一句话总结: 由链表结构组成的有界（但大小默认值为 integer.MAX_VALUE）阻塞队列。
4.3.3、 DelayQueue
DelayQueue中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到 该元素。DelayQueue是一个没有大小限制的队列，因此往队列中插入数据的 操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻 塞。
一句话总结: 使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列。
4.3.4、 PriorityBlockingQueue
基于优先级的阻塞队列（优先级的判断通过构造函数传入的Compator对象来 决定），但需要注意的是PriorityBlockingQueue并不会阻塞数据生产者，而 只会在没有可消费的数据时，阻塞数据的消费者。 因此使用的时候要特别注意，生产者生产数据的速度绝对不能快于消费者消费 数据的速度，否则时间一长，会最终耗尽所有的可用堆内存空间。 在实现PriorityBlockingQueue 时，内部控制线程同步的锁采用的是公平锁。
一句话总结: 支持优先级排序的无界阻塞队列。
4.3.5、 SynchronousQueue
一种无缓冲的等待队列，类似于无中介的直接交易，有点像原始社会中的生产 者和消费者，生产者拿着产品去集市销售给产品的最终消费者，而消费者必须 亲自去集市找到所要商品的直接生产者，如果一方没有找到合适的目标，那么 对不起，大家都在集市等待。相对于有缓冲的BlockingQueue来说，少了一 个中间经销商的环节（缓冲区），如果有经销商，生产者直接把产品批发给经 销商，而无需在意经销商最终会将这些产品卖给那些消费者，由于经销商可以 库存一部分商品，因此相对于直接交易模式，总体来说采用中间经销商的模式 会吞吐量高一些（可以批量买卖）；但另一方面，又因为经销商的引入，使得 产品从生产者到消费者中间增加了额外的交易环节，单个产品的及时响应性能 可能会降低。
声明一个SynchronousQueue 有两种不同的方式，它们之间有着不太一样的 行为。
==公平模式和非公平模式的区别: ==
? 公平模式：SynchronousQueue 会采用公平锁，并配合一个FIFO队列来阻塞 多余的生产者和消费者，从而体系整体的公平策略；
? 非公平模式（SynchronousQueue 默认）：SynchronousQueue采用非公平 锁，同时配合一个LIFO队列来管理多余的生产者和消费者，而后一种模式， 如果生产者和消费者的处理速度有差距，则很容易出现饥渴的情况，即可能有 某些生产者或者是消费者的数据永远都得不到处理。
一句话总结: 不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列。
4.3.6、 LinkedTransferQueue
LinkedTransferQueue 是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队 列。相对于其他阻塞队列，LinkedTransferQueue 多了tryTransfer和 transfer方法。
LinkedTransferQueue 采用一种预占模式。意思就是消费者线程取元素时，如 果队列不为空，则直接取走数据，若队列为空，那就生成一个节点（节点元素 为null）入队，然后消费者线程被等待在这个节点上，后面生产者线程入队时 发现有一个元素为null的节点，生产者线程就不入队了，直接就将元素填充到该节点，并唤醒该节点等待的线程，被唤醒的消费者线程取走元素，从调用的 方法返回。
一句话总结: 由链表组成的无界阻塞队列。
4.3.7、 LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列，即可以从队 列的两端插入和移除元素。
对于一些指定的操作，在插入或者获取队列元素时如果队列状态不允许该操作 可能会阻塞住该线程直到队列状态变更为允许操作，这里的阻塞一般有两种情 况
? 插入元素时: 如果当前队列已满将会进入阻塞状态，一直等到队列有空的位置时 再讲该元素插入，该操作可以通过设置超时参数，超时后返回 false 表示操作 失败，也可以不设置超时参数一直阻塞，中断后抛出InterruptedException异 常
? 读取元素时: 如果当前队列为空会阻塞住直到队列不为空然后返回元素，同样可 以通过设置超时参数
一句话总结: 由链表组成的双向阻塞队列
4.3.8、 小结
（1） 在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件 满足，被挂起的线程又会自动被唤起
（2）为什么需要BlockingQueue? 在concurrent包发布以前，在多线程环境下， 我们每个程序员都必须去自己控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全， 而这会给我们的程序带来不小的复杂度。使用后我们不需要关心什么时候需要 阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都给你一手 包办了
5、ThreadPool 线程池
5.1、线程池简介
线程池（英语：thread pool）：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销， 进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理 者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代 价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。
例子： 10年前单核CPU电脑，假的多线程，像马戏团小丑玩多个球，CPU需 要来回切换。 现在是多核电脑，多个线程各自跑在独立的CPU上，不用切换 效率高。
线程池的优势： 线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任 务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量， 超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。
==它的主要特点为： ==
（1）降低资源消耗: 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。
（2） 提高响应速度: 当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。
（3）提高线程的可管理性: 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资 源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
（4）Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor，Executors， ExecutorService，ThreadPoolExecutor这几个类 
5.2、线程池参数说明
5.2.1、常用参数(重点)
（1）corePoolSize线程池的核心线程数
（2）maximumPoolSize能容纳的最大线程数
（3） keepAliveTime空闲线程存活时间
（4）unit 存活的时间单位
（5）workQueue 存放提交但未执行任务的队列
（6） threadFactory 创建线程的工厂类
（7） handler 等待队列满后的拒绝策略
线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略：corePoolSize - 核心线 程数，也即最小的线程数。workQueue - 阻塞队列 。 maximumPoolSize - 最大线程数 当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻 塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到 maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池 的拒绝策略了。
==总结起来，也就是一句话，当提交的任务数大于（workQueue.size() + maximumPoolSize ），就会触发线程池的拒绝策略。 ==
5.2.2、拒绝策略(重点)
CallerRunsPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，则使用调用 线程直接运行任务。一般并发比较小，性能要求不高，不允许失败。但是，由 于调用者自己运行任务，如果任务提交速度过快，可能导致程序阻塞，性能效 率上必然的损失较大
==AbortPolicy: ==丢弃任务，并抛出拒绝执行 RejectedExecutionException 异常 信息。线程池默认的拒绝策略。必须处理好抛出的异常，否则会打断当前的执 行流程，影响后续的任务执行。
==DiscardPolicy: ==直接丢弃，其他啥都没有
DiscardOldestPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，丢弃阻塞 队列 workQueue 中最老的一个任务，并将新任务加入
5.2.3、 线程池的种类与创建 （Executors工具类的方法）
5.2.3.1、newCachedThreadPool(常用)
作用：创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空 闲线程，若无可回收，则新建线程.
特点:
（1）线程池中数量没有固定，可达到最大（Interger.MAX_VALUE）
（2） 线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收（回收默认时间为1分钟）
（3）当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程
场景: 适用于创建一个可无限扩大的线程池，服务器负载压力较轻，执行时间较 短，任务多的场景
5.2.3.2、 newFixedThreadPool(常用)
作用：创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这 些线程。在任意点，在大多数线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线 程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中 等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线 程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池 中的线程将一直存在。
特征：
（1）线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量 （2）线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在
（3）超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待
场景: 适用于可以预测线程数量的业务中，或者服务器负载较重，对线程数有严 格限制的场景
package pool;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 14:44
*/
public class ThreadPoolDemo01 {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool1 = Executors.newFixedThreadPool(5);
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threadPool1.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "办理业务");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
threadPool1.shutdown();
}
}
}
5.2.3.3、 newSingleThreadExecutor(常用)
作用：创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该 线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程， 那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各 个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的 newFixedThreadPool不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即 可使用其他的线程。
特征： 线程池中最多执行1个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此 执行
场景: 适用于需要保证顺序执行各个任务，并且在任意时间点，不会同时有多个 线程的场景
5.2.3.4、newScheduleThreadPool(了解)
作用: 线程池支持定时以及周期性执行任务，创建一个corePoolSize为传入参 数，最大线程数为整形的最大数的线程池**
特征:
（1）线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留 （2）可定时或者 延迟执行线程活动
场景: 适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景
5.2.3.5、newWorkStealingPool
jdk1.8提供的线程池，底层使用的是ForkJoinPool实现，创建一个拥有多个 任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用cpu核数的线程来并行执 行任务
场景: 适用于大耗时，可并行执行的场景
5.3、线程池底层工作原理(重要)
- 在创建了线程池后，线程池中的线程数为零
- 当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
2.1 如 果正在运行的线程数量小于corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
2.2 如果正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize，那么将这个任务放入 队列；
2.3 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于 maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
2.4 如 果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程 池会启动饱和拒绝策略来执行。 - 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行
- 当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断：
4.1 如果当前运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
4.2 所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到corePoolSize的大小。
5.4、注意事项(重要)
- 项目中创建多线程时，使用常见的三种线程池创建方式，单一、可变、定长都 有一定问题，原因是FixedThreadPool和SingleThreadExecutor底层都是用 LinkedBlockingQueue 实现的，这个队列最大长度为Integer.MAX_VALUE， 容易导致OOM。所以实际生产一般自己通过ThreadPoolExecutor的7个参 数，自定义线程池
- 创建线程池推荐适用ThreadPoolExecutor及其7个参数手动创建 o corePoolSize线程池的核心线程数 o maximumPoolSize能容纳的最大线程数 o keepAliveTime空闲线程存活时间 o unit 存活的时间单位 o workQueue 存放提交但未执行任务的队列 o threadFactory 创建线程的工厂类 o handler 等待队列满后的拒绝策略
- 为什么不允许适用不允许Executors.的方式手动创建线程池,如下图
package pool;
import java.util.concurrent.*;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-08 16:03
*/
public class ThreadPoolDemo02 {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2,
5,
2L,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(3),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
try {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
threadPoolExecutor.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "完成体检");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
threadPoolExecutor.shutdown();
}
}
}
6、Fork/Join
6.1、 Fork/Join框架简介
Fork/Join它可以将一个大的任务拆分成多个子任务进行并行处理，最后将子 任务结果合并成最后的计算结果，并进行输出。Fork/Join框架要完成两件事 情：
Fork：把一个复杂任务进行分拆，大事化小
Join：把分拆任务的结果进行合并
- 任务分割：首先Fork/Join框架需要把大的任务分割成足够小的子任务，如果 子任务比较大的话还要对子任务进行继续分割
- 执行任务并合并结果：分割的子任务分别放到双端队列里，然后几个启动线程 分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都放在另外一个队列里， 启动一个线程从队列里取数据，然后合并这些数据。
在Java的Fork/Join框架中，使用两个类完成上述操作
? ForkJoinTask:我们要使用 Fork/Join 框架，首先需要创建一个 ForkJoin 任务。 该类提供了在任务中执行fork和join的机制。通常情况下我们不需要直接集 成ForkJoinTask类，只需要继承它的子类，Fork/Join框架提供了两个子类：
a.RecursiveAction：用于没有返回结果的任务
b.RecursiveTask:用于有返回结果的任务
? ForkJoinPool:ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行 ? RecursiveTask: 继承后可以实现递归(自己调自己)调用的任务
Fork/Join框架的实现原理
ForkJoinPool由ForkJoinTask数组和ForkJoinWorkerThread数组组成， ForkJoinTask数组负责将存放以及将程序提交给ForkJoinPool，而 ForkJoinWorkerThread负责执行这些任务。
6.2、Fork方法的实现原理：
当我们调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会把 任务放在ForkJoinWorkerThread的pushTask的workQueue中，异步地 执行这个任务，然后立即返回结果
public final ForkJoinTask<V> fork() {
Thread t;
if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) ((ForkJoinWorkerThread)t).workQueue.push(this);
else ForkJoinPool.common.externalPush(this);
return this; }
pushTask方法把当前任务存放在ForkJoinTask数组队列里。然后再调用 ForkJoinPool的signalWork()方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。代 码如下：
final void push(ForkJoinTask<?> task) {
ForkJoinTask<?>[] a; ForkJoinPool p;
int b = base, s = top, n;
if ((a = array) != null) {
// ignore if queue removed
int m = a.length - 1;
// fenced write for task visibility
U.putOrderedObject(a,
((m & s) << ASHIFT) + ABASE, task);
U.putOrderedInt(this, QTOP, s + 1);
if ((n = s - b) <= 1) {
if ((p = pool) != null)
p.signalWork(p.workQueues, this);//执行
}
else if (n >= m) growArray(); }
}
6.3、 join方法
在doJoin()方法流程如下:
- 首先通过查看任务的状态，看任务是否已经执行完成，如果执行完成，则直接 返回任务状态；
- 如果没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行。
- 如果任务顺利执行完成，则设置任务状态为NORMAL，如果出现异常，则记 录异常，并将任务状态设置为EXCEPTIONAL。
6.4、Fork/Join框架的异常处理
ForkJoinTask在执行的时候可能会抛出异常，但是我们没办法在主线程里直接 捕获异常，所以ForkJoinTask提供了isCompletedAbnormally()方法来检查 任务是否已经抛出异常或已经被取消了，并且可以通过ForkJoinTask的 getException方法获取异常。
getException方法返回Throwable对象，如果任务被取消了则返回 CancellationException。如果任务没有完成或者没有抛出异常则返回null
6.5、入门案例
场景: 生成一个计算任务，计算1+2+3…+1000,每100个数切分一个 子任务
package forkjoin;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-09 7:55
*/
public class ForkJoinDemo {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建MyTask对象
MyTask myTask = new MyTask(0, 100);
//创建合并分支池对象
ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
ForkJoinTask<Integer> submit = forkJoinPool.submit(myTask);
Integer result = submit.get();
System.out.println(result);
//关闭池对象
forkJoinPool.shutdown();
}
}
class MyTask extends RecursiveTask<Integer> {
//拆分值不能超过10
private static final Integer VALUE = 10;
//拆分开始值
private int begin;
//拆分结束值
private int end;
//合并结果
private int result;
public MyTask(int begin,int end){
this.begin=begin;
this.end= end;
}
//拆分合并过程
@Override
protected Integer compute() {
if ((end-begin)<=VALUE){
for (int i =begin;i<=end;i++) {
result=result+i;
}
}else{//进一步拆分
//获取中间值
int middle= (begin+end)/2;
//拆分左边
MyTask myTaskLeft = new MyTask(begin, middle);
MyTask myTaskRight = new MyTask(middle+1, end);
//调用拆分方法
myTaskLeft.fork();
myTaskRight.fork();
//合并结果
result= myTaskLeft.join()+ myTaskRight.join();
}
return result;
}
}
7、异步调用 CompletableFuture
7.1、CompletableFuture简介
CompletableFuture在Java里面被用于异步编程，异步通常意味着非阻塞， 可以使得我们的任务单独运行在与主线程分离的其他线程中，并且通过回调可 以在主线程中得到异步任务的执行状态，是否完成，和是否异常等信息。
CompletableFuture实现了Future, CompletionStage接口，实现了Future 接口就可以兼容现在有线程池框架，而CompletionStage接口才是异步编程 的接口抽象，里面定义多种异步方法，通过这两者集合，从而打造出了强大的 CompletableFuture类。
7.2、 使用CompletableFuture
package completable;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
/**
* @author Francis
* @create 2022-03-09 8:29
*/
public class CompletableFutureDemo {
public static void main (String[] args) throws Exception{
//异步调用，没有返回值
CompletableFuture<Void> completableFuture1 =
CompletableFuture.runAsync(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
"没有返回值的异步调用");
});
completableFuture1.get();
//有返回值的异步调用
CompletableFuture<Integer> completableFuture12=
CompletableFuture.supplyAsync(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
"有返回值的异步调用");
return 1024;
});
//t是返回值，u是异常
completableFuture12.whenComplete((t,u)->{
System.out.println("----t----"+t);
System.out.println("----u----"+u);
}).get();
}
}