java里util和utils

1.Callable

Callable与Runnable类似，理解Callable可以从比较其与Runnable的区别开始：

1.从使用上：实现的Callable的类需要实现call()方法，此方法有返回对象V；而Runnable的子类需要实现run()方法，但没有返回值；

2.如果直接调用Callable的子类的call()方法，代码是同步顺序执行的；而Runnable的子类是线程，是代码异步执行。

3.将Callable子类submit()给线程池去运行，那么在时间上几个Callable的子类的执行是异步的。

即：如果一个Callable执行需要5s，那么直接调用Callable.call()，执行3次需要15s；

而将Callable子类交个线程执行3次，在池可用的情况下，只需要5s。这就是基本的将任务拆分异步执行的做法。

4.callable与future的组合用法：

(什么是Future？Future 表示异步计算的结果。其用于获取线程池执行callable后的结果，这个结果封装为Future类。详细可以参看Future的API，有示例。)

一种就像上面所说，对一个大任务进行分制处理；

另一种就是对一个任务的多种实现方法共同执行，任何一个返回计算结果，则其他的任务就没有执行的必要。选取耗时最少的结果执行。

2.Semaphore

一个计数信号量，主要用于控制多线程对共同资源库访问的限制。

典型的实例：1)公共厕所的蹲位……，10人等待5个蹲位的测试，满员后就只能出一个进一个。

2)地下车位，要有空余才能放行

3)共享文件IO数等

与线程池的区别：线程池是控制线程的数量，信号量是控制共享资源的并发访问量。

实例：Semaphore avialable = new Semaphore(int x,boolean y);

x:可用资源数；y：公平竞争或非公平竞争(公平竞争会导致排队，等待最久的线程先获取资源)

用法：在获取工作资源前，用Semaphore.acquire()获取资源，如果资源不可用则阻塞，直到获取资源；操作完后，用Semaphore.release()归还资源

代码示例：(具体管理资源池的示例，可以参考API的示例)

public class SemaphoreTest {
private static final int NUMBER = 5;
private static final Semaphore avialable = new Semaphore(NUMBER,true);
public static void main(String[] args) {
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
Runnable r = new Runnable() {
public void run() {
try {
avialable.acquire();
Thread.sleep(10*1000);
System.out.println(getNow()+ "--"
+ Thread.currentThread().getName()+ "--执行完毕");
avialable.release();
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
System.out.println(avialable.availablePermits());
for(int i = 0;i < 10;i++) {
pool.execute(r);
}
System.out.println(avialable.availablePermits());
pool.shutdown();
}
public static String getNow() {
SimpleDataFormat sdf = new SimpleDataFormat("mm:ss");
return sdf.format(new Data());
}
}
3.ReentrantLock与Condition
1.ReentrantLock：可重入互斥锁。使用上与synchronized关键字对比理解：
1.1)synchronized示例：
synchronized(object){
//do process to object
}
1.2)ReentrantLock示例：(api)
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void m() {
lock.lock(); // block until condition holds
try {
// ... method body
} finally {
lock.unlock()
}
}
由1.1)和1.2)的示例很好理解，ReetantLock也就是一个锁，线程执行某段代码时，需要争用此类实例的锁，用完后要显示的释放此锁。
至于具体区别，后面在说……
2.Condition：此类是同步的条件对象，每个Condition实例绑定到一个ReetrantLock中，以便争用同一个锁的多线程之间可以通过Condition的状态来获取通知。
注意：使用Condition前，首先要获得ReentantLock，当条件不满足线程1等待时，ReentrantLock会被释放，以能让其他线程争用，其他线程获得reentrantLock，然后满足条件，唤醒线程1继续执行。
这与wait()方法是一样的，调用wait()的代码块要被包含在synchronized块中，而当线程r1调用了objectA.wait()方法后，同步对象的锁会释放，以能让其他线程争用；其他线程获取同步对象锁，完成任务，调用objectA.notify()，让r1继续执行。代码示例如下。
代码示例1(调用condition.await();会释放lock锁)：
public class ConditionTest {
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
//从锁中创建一个绑定条件
private static final Condition condition = lock.newCondition();
private static int count = 1;
public static void main(String[] args) {
Runnable r1 = new Runnable(){
public void run(){
lock.lock();
try{
while(count<=5){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+count++);
Thread.sleep(1000);
}
condition.signal(); //线程r1释放条件信号，以唤醒r2中处于await的代码继续执行。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
lock.unlock();
}
}
};
Runnable r2 = new Runnable(){
public void run(){
lock.lock();
try{
if(count<=5){
System.out.println("----$$$---");
condition.await(); //但调用await()后，lock锁会被释放，让线程r1能获取到，与Object.wait()方法一样
System.out.println("----------");
}
while(count<=10){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+count++);
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
lock.unlock();
}
}
};
new Thread(r2).start(); //让r2先执行，先获得lock锁，但条件不满足，让r2等待await。
try {
Thread.sleep(100); //这里休眠主要是用于测试r2.await()会释放lock锁，被r1获取
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(r1).start();
}
}
代码示例2(此例子来自于Condition的API)：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ConditionMain {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
final BoundleBuffer buf = new ConditionMain().new BoundleBuffer();
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i=0;i<1000;i++) {
try {
buf.put(i);
System.out.println("入值：" + i);
Thread.sleep(200);
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i=0;i<1000;i++) {
try {
int x = buf.take();
System.out.println("出值：" + x);
Thread.sleep(2000);
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
public class BoundleBuffer{
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Integer[] items = new Integer[10];
int putptr,takeptr,count;
public void put(int x) throws InterruptedException{
System.out.println("put wait lock");
lock.lock();
System.out.println("put get lock");
try {
while(count == items.length) {
System.out.println("buffer full,please wait");
notFull.await();
}
items[putptr] = x;
if(++putptr == items.length)
putptr = 0;
++count;
notEmpty.signal();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public int take() throws InterruptedException {
System .out.println("take wait lock");
lock.lock();
System .out.println("take get lock");
try {
while (count == 0){
System.out.println("no elements, please wait");
notEmpty.await();
}
int x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length)
takeptr = 0;
--count;
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
4.BlockingQueue
简单介绍。这是一个阻塞的队列超类接口，concurrent包下很多架构都基于这个队列。BlockingQueue是一个接口，此接口的实现类有：ArrayBlockingQueue, DelayQueue, LinkedBlockingDeque, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue 。每个类的具体使用可以参考API。
这些实现类都遵从共同的接口定义(一目了然，具体参考api)：
抛出异常 特殊值 阻塞 超时
插入 add(e) offer(e) put(e) offer(e, time, unit)
移除 remove() poll() take() poll(time, unit)
检查 element() peek() 不可用 不可用
5.CompletionService
1.CompletionService是一个接口，用来保存一组异步求解的任务结果集。api的解释是：将新生产的异步任务与已完成的任务结果集分离开来。
2.CompletionService依赖于一个特定的Executor来执行任务。实际就是此接口需要多线程处理一个共同的任务，这些多线程由一个指定的线程池来管理。CompletionService的实现类ExecutorCompletionService。
3.api的官方代码示例参考ExecutorCompletionService类的api(一个通用分制概念的函数)。
4.使用示例：如有时我们需要一次插入大批量数据，那么可能我们需要将1w条数据分开插，异步执行。如果某个异步任务失败那么我们还要重插，那可以用CompletionService来实现。下面是简单代码：
(代码中1w条数据分成10份，每次插1000条，如果成功则返回true，如果失败则返回false。那么忽略数据库的东西，我们假设插1w条数据需10s，插1k条数据需1s，那么下面的代码分制后，插入10条数据需要2s。为什么是2s呢？因为我们开的线程池是8线程，10个异步任务就有两个需要等待池资源，所以是2s，如果将下面的8改为10，则只需要1s。)
public class CompletionServiceTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(8); //需要2s，如果将8改成10，则只需要1s
CompletionService cs = new ExecutorCompletionService(pool);
Callable task = new Callable(){
public Boolean call(){
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("插入1000条数据完成");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return true;
};
};
System.out.println(getNow()+"--开始插入数据");
for(int i=0;i<10;i++){
cs.submit(task);
}
for(int i=0;i<10;i++){
try {
//ExecutorCompletionService.take()方法是阻塞的，如果当前没有完成的任务则阻塞
System.out.println(cs.take().get());
//实际使用时，take()方法获取的结果可用于处理，如果插入失败，则可以进行重试或记录等操作
} catch (InterruptedException|ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(getNow()+"--插入数据完成");
pool.shutdown();
}
public static String getNow(){
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("mm:ss");
return sdf.format(new Date());
}
}
5.CompletionService 与Callable+Future的对比：
在上面的Callable中说过，Callable+Future能实现任务的分治，但是有个问题就是：不知道call()什么时候完成，需要人为控制等待。
而jdk通过CompetionService已经将此麻烦简化，通过CompletionService将异步任务完成的与未完成的区分开来(正如api的描述)，我们只用去取即可。
CompletionService有什么好处呢？
如上所说：1)将已完成的任务和未完成的任务分开了，无需开发者操心；2)隐藏了Future类，简化了代码的使用。
6.CountDownLatch
1.CountDownLatch:api解释：一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。个人理解是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);
代码示例可参考api的示例。(重要)
2.代码示例：
个人示例：
public class CountDownLatchTest {
private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("mm:ss");
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch start = new CountDownLatch(1); //用一个信号控制一组线程的开始，初始化为1
final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10); //要等待N个线程的结束，初始化为N，这里是10
Runnable r = new Runnable(){
public void run(){
try {
start.await(); //阻塞，这样start.countDown()到0，所有阻塞在start.await()处的线程一起执行
Thread.sleep((long) (Math.random()*10000));
System.out.println(getNow()+"--"+Thread.currentThread().getName()+"--执行完成");
end.countDown();//非阻塞，每个线程执行完，让end--,这样10个线程执行完end倒数到0，主线程的end.await()就可以继续执行
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(r).start(); //虽然开始了10个线程，但所有线程都阻塞在start.await()处
}
System.out.println(getNow()+"--线程全部启动完毕，休眠3s再让10个线程一起执行");
try {
Thread.sleep(3*1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getNow()+"--开始");
start.countDown(); //start初始值为1，countDown()变成0，触发10个线程一起执行
try {
end.await(); //阻塞，等10个线程都执行完了才继续往下。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getNow()+"--10个线程都执行完了，主线程继续往下执行！");
}
private static String getNow(){
return sdf.format(new Date());
}
}
7.CyclicBarrier
1.一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点。也就是说，这一组线程的执行分几个节点，每个节点往下执行，都需等待其他线程，这就需要这种等待具有循环性。CyclicBarrier在这样的情况下就很有用。
2.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。
3.个人用于理解的示例：
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);
}
}
4.参考api的示例。
api的示例自己看，就是加深印象。
但是api中有一点描述：如果屏障操作在执行时不依赖于正挂起的线程，则线程组中的任何线程在获得释放时都能执行该操作。为方便此操作，每次调用 await() 都将返回能到达屏障处的线程的索引。然后，您可以选择哪个线程应该执行屏障操作，例如：
if (barrier.await() == 0) {
  // log the completion of this iteration
}
就是说，barrier.await()还会返回一个int值。这个返回值到底是什么呢？不是返回的线程的索引，返回的是：N-进入等待线程数，如5个线程，5线程都进入等待，那返回值就是0(具体可以参看源码)。那么barrier.await()==0也可以看做是一个N线程都达到公共屏障的信号，然后在此条件下处理原本需要放在Runnable参数中的逻辑。不用担心多线程会多次执行此逻辑，N个线程只有一个线程barrier.await()==0。
8.Exchanger
1.Exchanger可以在对中对元素进行配对和交换的线程的同步点。api上不是太好理解，个人理解说白了就是两个线程交换各自使用的指定内存数据。
2.场景：
api中有示例，两个线程A、B，各自有一个数据类型相同的变量a、b，A线程往a中填数据(生产)，B线程从b中取数据(消费)。具体如何让a、b在内存发生关联，就由Exchanger完成。
api中说：Exchanger 可能被视为 SynchronousQueue 的双向形式。怎么理解呢？传统的SynchronousQueue存取需要同步，就是A放入需要等待B取出，B取出需要等待A放入，在时间上要同步进行。而Exchanger在B取出的时候，A是同步在放入的。即：1)A放入a，a满，然后与B交换内存，那A就可以操作b(b空)，而B可以操作a；2)等b被A存满，a被B用完，再交换；3)那A又填充a，B又消费b，依次循环。两个内存在一定程度上是同时被操作的，在时间上不需要同步。
再理解就是：如果生产需要5s，消费需要5s。SynchronousQueue一次存取需要10s，而Exchanger只需要5s。4.注意事项：
目前只知道Exchanger只能发生在两个线程之间。但实际上Exchanger的源码是有多个插槽(Slot)，交换是通过线程ID的hash值来定位的。目前还没搞懂？待后续。
如果一组线程aGroup操作a内存，一组线程bGroup操作b内存，如何交换？能不能交换？
3.代码示例：
public class ExchangerTest {
private SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("mm:ss");
private static Exchanger> changer = new Exchanger>();
public static void main(String[] args) {
new Thread(new ExchangerTest().new ProducerLoop()).start();
new Thread(new ExchangerTest().new ConsumerLoop()).start();
}
class ProducerLoop implements Runnable{
private Queue pBuffer = new LinkedBlockingQueue();
private final int maxnum = 10;
@Override
public void run() {
try{
for(;;){
Thread.sleep(500);
pBuffer.offer((int) Math.round(Math.random()*100));
if(pBuffer.size() == maxnum){
System.out.println(getNow()+"--producer交换前");
pBuffer = changer.exchange(pBuffer);
System.out.println(getNow()+"--producer交换后");
}
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
class ConsumerLoop implements Runnable{
private Queue cBuffer = new LinkedBlockingQueue();
@Override
public void run() {
try{
for(;;){
if(cBuffer.size() == 0){
System.out.println("\n"+getNow()+"--consumer交换前");
cBuffer = changer.exchange(cBuffer);
System.out.println(getNow()+"--consumer交换后");
}
System.out.print(cBuffer.poll()+" ");
Thread.sleep(500);
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
private String getNow(){
return sdf.format(new Date());
}
}

4.注意事项：

目前只知道Exchanger只能发生在两个线程之间。但实际上Exchanger的源码是有多个插槽(Slot)，交换是通过线程ID的hash值来定位的。目前还没搞懂？待后续。

如果一组线程aGroup操作a内存，一组线程bGroup操作b内存，如何交换？能不能交换？