Java的并发设计模式

Java的并发设计模式作者：01添加目录标题03Java并发工具类02并发编程基础04Java中的线程池05并发设计模式目录CONTENTS添加章节标题PART01并发编程基础PART02并发编程的概念并发编程：同时执行多个任务的编程方式并发编程的优点：提高程序性能，充分利用多核CPU并发编程的挑战：线程安全、死锁、活锁等问题并发编程的解决方案：使用并发设计模式、线程同步机制等线程的创建和管理线程同步：使用synchronized关键字或Lock接口实现线程同步，防止数据竞争线程通信：使用wait()、notify()、notifyAll()方法实现线程间的通信和协作线程调度：操作系统根据一定的策略调度线程，实现并发执行创建线程：使用newThread()方法创建线程，并重写run()方法实现线程逻辑启动线程：调用start()方法启动线程，让线程开始执行线程状态：线程有五种状态：新建、就绪、运行、阻塞、死亡线程同步与互斥同步方法：使用synchronized关键字，保证同一时刻只有一个线程可以访问同步方法线程同步：多个线程同时访问同一资源，需要保证数据的一致性和正确性互斥：当一个线程访问共享资源时，其他线程需要等待，直到该线程完成操作互斥锁：使用ReentrantLock类，实现线程间的互斥访问Java并发工具类PART03CountDownLatch使用方法：创建CountDownLatch对象，调用await()方法等待，调用countDown()方法计数器减一单击此处添加标题原理：通过计数器实现，计数器初始值为线程数量，每个线程执行完任务后计数器减一，当计数器减为零时，等待的线程被唤醒单击此处添加标题概念：允许一个或多个线程等待其他线程完成操作单击此处添加标题应用场景：并行任务处理、并发测试等单击此处添加标题CyclicBarrier应用场景：并行任务处理、并发测试等概述：CyclicBarrier是一个同步辅助类，允许一组线程等待彼此完成操作主要方法：await()、reset()、getNumberWaiting()优点：简单易用，支持循环等待，可重用Semaphore概念：一种用于控制对有限资源的并发访问的同步工具原理：通过维护一个信号量来控制对共享资源的访问使用方法：通过acquire()和release()方法来获取和释放信号量应用场景：适用于需要控制对有限资源的并发访问的场景，如数据库连接池、线程池等Exchanger作用：用于两个线程之间交换数据原理：通过一个同步点，两个线程到达同步点后，互相交换数据应用场景：适用于两个线程需要同时获取对方数据的场景使用方法：通过调用Exchanger对象的exchange()方法实现数据交换Java中的线程池PART04ThreadPoolExecutor概述：Java中的线程池实现类，用于管理线程和任务主要方法：execute()、submit()、shutdown()、shutdownNow()等核心参数：corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime、unit、workQueue等工作原理：通过队列和线程管理任务，实现线程的复用和任务的高效执行ScheduledThreadPoolExecutor概述：ScheduledThreadPoolExecutor是Java并发编程中常用的线程池之一，主要用于处理定时任务和周期性任务。特点：ScheduledThreadPoolExecutor具有以下特点：a.支持定时任务和周期性任务b.可以设置任务的初始延迟和周期c.可以设置任务的执行时间d.可以设置任务的执行顺序a.支持定时任务和周期性任务b.可以设置任务的初始延迟和周期c.可以设置任务的执行时间d.可以设置任务的执行顺序使用方法：使用ScheduledThreadPoolExecutor需要创建一个ScheduledThreadPoolExecutor对象，并调用其schedule方法提交任务。注意事项：在使用ScheduledThreadPoolExecutor时，需要注意以下几点：a.避免提交过多的任务导致系统资源耗尽b.避免提交过长时间的任务导致系统响应时间过长c.避免提交过于频繁的任务导致系统负载过大d.避免提交相互依赖的任务导致死锁a.避免提交过多的任务导致系统资源耗尽b.避免提交过长时间的任务导致系统响应时间过长c.避免提交过于频繁的任务导致系统负载过大d.避免提交相互依赖的任务导致死锁ForkJoinPoolForkJoinPool是Java并发编程中一种特殊的线程池它采用了分治算法，将任务分解为多个子任务，然后并行执行ForkJoinPool适用于计算密集型任务，如排序、搜索等ForkJoinPool的性能优于其他类型的线程池，因为它可以充分利用多核处理器的优势并发设计模式PART05生产者消费者模式概念：一种用于处理并发问题的设计模式，通过生产者和消费者之间的协作来平衡系统的负载角色：生产者、消费者、缓冲区工作原理：生产者生产数据，消费者消费数据，缓冲区用于存储数据优点：解耦生产者和消费者，提高系统的并发性和性能读写锁模式读写锁模式的概念：一种并发控制机制，用于管理对共享资源的并发访问读写锁模式的优点：提高了并发性，减少了锁竞争读写锁模式的实现：通过ReentrantReadWriteLock类实现读写锁模式的应用场景：适用于读操作远多于写操作的场景乐观锁模式优点：相比悲观锁，乐观锁减少了锁的竞争，提高了并发性能。概念：乐观锁是一种并发控制机制，它假设数据在没有加锁的情况下不会被其他线程修改。实现方式：在数据表中添加一个版本号字段，每次更新数据时，版本号加1。缺点：可能会出现ABA问题，即数据被其他线程修改后又改回原值，导致数据不一致。悲观锁模式添加标题添加标题添加标题添加标题原理：当一个线程获取资源的锁时，其他线程必须等待该线程释放锁后才能获取资源。概念：悲观锁是一种在多线程环境下，对共享资源进行加锁的机制，以防止并发冲突。应用场景：适用于并发量高、竞争激烈的场景，可以有效避免数据不一致的问题。实现方式：在Java中，可以通过synchronized关键字或Lock接口来实现悲观锁模式。信号量模式应用场景：适用于多个线程需要共享资源的场景实现方式：使用Java中的Semaphore类来实现信号量模式信号量：用于控制对共享资源的访问信号量模式：通过信号量来控制并发线程的访问定时器模式概念：通过定时器来控制任务的执行应用场景：需要定时执行任务的场景实现方式：使用Timer类或ScheduledExecutorService类优点：可以精确控制任务的执行时间，提高系统的响应速度和性能线程池模式添加标题概念：线程池是一种多线程处理方式，可以减少线程创建和销毁的开销，提高系统性能。添加标题优点：降低资源消耗，提高响应速度，便于管理。添加标题实现：Java中通过Executors类创建线程池，支持多种线程池类型，如FixedThreadPool、CachedThreadPool等。添加标题使用场景：适用于需要大量线程完成任务，且任务执行时间较短的场景。观察者模式定义：观察者模式是一种设计模式，允许一个对象在其状态发生变化时通知其他对象。应用场景：当需要实现一个对象状态变化时，其他相关对象需要随之更新时，可以使用观察者模式。优点：降低了对象之间的耦合度，提高了程序的可维护性和可扩展性。实现方式：在Java中，可以通过实现Observer接口和Observable类来实现观察者模式。单例模式概念：确保一个类只有一个实例实现方式：饿汉式、懒汉式、双重检查锁、静态内部类应用场景：数据库连接、日志记录、配置文件等优点：减少内存占用，提高性能，避免重复创建对象同步器模式概念：用于控制对共享资源的并发访问优点：提高系统性能，避免死锁和饥饿问题应用场景：多线程环境下的并发控制主要组件：锁、条件变量、信号量等阻塞队列模式添加标题阻塞队列：一种特殊的队列，当队列为空时，获取元素的线程会被阻塞，直到队列中有元素；当队列已满时，添加元素的线程会被阻塞，直到队列有空间。添加标题应用场景：多线程环境下，用于控制对共享资源的访问。添加标题优点：可以减少线程间的竞争，提高系统的性能和稳定性。添加标题实现方式：Java中提供了多种阻塞队列的实现，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等。倒计时模式概念：一种用于处理倒计时任务的并发设计模式实现方法：使用多线程技术，每个线程负责倒计时的一部分，最后汇总结果设计原则：充分利用并发性，提高效率应用场景：需要在特定时间内完成某项任务的场景任务分发模式关键技术：多线程编程、负载均衡、任务调度等优点：提高系统吞吐量、减少响应时间、充分利用资源概念：将任务分配给多个线程或进程，以提高系统性能应用场景：处理大量并发请求、大数据处理、分布式计算等任务超时模式概念：在并发编程中，任务超时模式是一种处理任务执行超时问题的设计模式。应用场景：当任务执行时间过长，可能导致系统资源耗尽或响应速度降低时，可以使用任务超时模式。实现方式：a.使用定时器：在任务执行开始时，启动一个定时器，当定时器超时时，中断任务执行。b.使用FutureTask：在任务执行开始时，将任务提交给线程池，并使用FutureTask对象获取任务执行结果，当任务执行超时时，取消任务并获取异常信息。a.使用定时器：在任务执行开始时，启动一个定时器，当定时器超时时，中断任务执行。b.使用FutureTask：在任务执行开始时，将任务提交给线程池，并使用FutureTask对象获取任务执行结果，当任务执行超时时，取消任务并获取异常信息。优点：a.提高系统响应速度：避免任务执行时间过长导致系统响应速度降低。b.避免资源浪费：当任务执行超时时，可以及时中断任务，避免系统资源耗尽。c.提高任务执行效率：通过中断超时任务，可以释放资源供其他任务使用，从而提高任务执行效率。a.提高系统响应速度：避免任务执行时间过长导致系统响应速度降低