Java 有哪些并发工具类？

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多线程与并发字节

2025-03-20

⭐ 题目日期：

字节 - 2024/12/25

📝 题解：

Java 提供了丰富的并发工具类，主要集中在 java.util.concurrent 包及其子包中。以下是常见的并发工具类及其分类：

1. 同步辅助类

CountDownLatch
允许线程等待一个或多个操作完成。通过计数器实现，计数器归零时等待线程恢复执行。
- 一次性使用，不可重置。
CyclicBarrier
让一组线程互相等待，直到所有线程到达某个屏障点。支持重复使用。
- 适用于分阶段任务，如多阶段计算。
Semaphore
控制同时访问资源的线程数量（限流）。
- 支持公平/非公平模式。
Phaser（Java 7+）
更灵活的屏障，支持动态调整参与的线程数，分阶段同步。
- 替代 CyclicBarrier 和 CountDownLatch 的复杂场景。
Exchanger
两个线程在屏障点交换数据，适用于生产者-消费者模型。

2. 线程池与执行框架

Executor 框架
- ExecutorService：管理线程池的核心接口。
- ThreadPoolExecutor：可配置的线程池实现。
- Executors：工厂类，提供常见线程池（如 newFixedThreadPool、newCachedThreadPool）。
- ScheduledExecutorService：支持定时/周期性任务。
Fork/Join 框架（Java 7+）
- ForkJoinPool：分治任务线程池，适用于递归分解任务（如并行计算）。
- RecursiveTask：带返回值的任务。
- RecursiveAction：无返回值的任务。

3. 锁与原子操作

ReentrantLock
可重入锁，替代 synchronized，支持公平锁、可中断锁等待。
ReadWriteLock
读写分离锁，通过 ReentrantReadWriteLock 实现，读操作不互斥，提升读多写少场景的性能。
StampedLock（Java 8+）
支持乐观读、悲观读和写锁，适用于读多写少且竞争不激烈的场景。
原子类（java.util.concurrent.atomic）
- AtomicInteger、AtomicLong：原子更新基本类型。
- AtomicReference：原子更新对象引用。
- LongAdder（Java 8+）：高并发下性能优于 AtomicLong。

4. 并发集合

ConcurrentHashMap
线程安全的哈希表，分段锁（Java 7）或 CAS + synchronized（Java 8+）实现。
CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet
写时复制的集合，读操作无锁，适合读多写少场景。
阻塞队列（BlockingQueue）
- ArrayBlockingQueue：基于数组的有界队列。
- LinkedBlockingQueue：基于链表的可选有界队列。
- PriorityBlockingQueue：支持优先级的无界队列。
- SynchronousQueue：直接传递任务的队列（无缓冲）。

5. 异步与 Future

Future 和 Callable
表示异步任务的结果，通过 ExecutorService.submit() 提交任务。
CompletableFuture（Java 8+）
支持链式异步编程，可组合多个异步任务（如 thenApply、thenCombine）。
CompletionService
解耦任务提交与结果获取，按完成顺序处理结果。

6. 其他工具

ThreadLocalRandom（Java 7+）
多线程下高效的随机数生成器。
LockSupport
底层线程阻塞/唤醒工具（如 park() 和 unpark()），用于构建高级锁。

总结

同步协作：CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser。
资源控制：Semaphore、ReentrantLock。
线程池：ExecutorService、ForkJoinPool。
无锁编程：原子类、StampedLock。
异步处理：CompletableFuture、Future。
并发数据结构：ConcurrentHashMap、BlockingQueue。

根据具体场景选择合适的工具，例如高并发读操作可用 StampedLock，任务分阶段协调用 Phaser，异步任务编排用 CompletableFuture。注意线程安全和避免死锁。