Java並發包詳解

一、volatile關鍵字

volatile關鍵字用於保證變量在多線程之間的可見性。通常情況下，線程之間是互相不可見的，也就是說一個線程對變量的修改，其他線程不會立即感知到。使用volatile聲明的變量可以保證當一個線程修改了該變量的值之後，其他線程能夠立即感知到這個變化。

public class VolatileTest {
    private volatile int count = 0;

    public void increment() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final VolatileTest test = new VolatileTest();

        for (int i = 0; i  {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
              test.increment();
            }
          }).start();
        }

        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(test.count);
    }
}

上述代碼可以看出，由於count變量被volatile修飾，所以多個線程對該變量的修改是可見的，最終輸出的count變量的值是5000，而不是一個小於5000的數值。

二、synchronized關鍵字

synchronized關鍵字是Java中最基本的同步關鍵字，它用於保證多個線程之間的互斥訪問，允許在同一時刻只有一個線程訪問共享資源。

public class SynchronizedTest {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest();

        for (int i = 0; i  {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
              test.increment();
            }
          }).start();
        }

        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(test.count);
    }
}

上述代碼中，count變量被synchronized關鍵字修飾的increment方法訪問。由於synchronized保證了同一時刻只有一個線程可以進入該方法，所以最終輸出的count變量的值是5000。

三、ReentrantLock類

ReentrantLock類是Java中可重入鎖的一種實現方式，也可以實現多個線程之間的互斥訪問。與synchronized關鍵字不同的是，ReentrantLock類可以更加精細地控制鎖的獲取和釋放，同時還支持公平鎖和非公平鎖。

public class ReentrantLockTest {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ReentrantLockTest test = new ReentrantLockTest();

        for (int i = 0; i  {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
              test.increment();
            }
          }).start();
        }

        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(test.count);
    }
}

上述代碼中，ReentrantLock類實現了多個線程之間的互斥訪問。在increment方法中，首先需要調用lock方法獲取鎖，保證同一時刻只有一個線程可以修改count變量的值，最後需要調用unlock方法釋放鎖。最終輸出的count變量的值是5000。

四、Condition接口

Condition接口是在Java 5中引入的，它提供了類似於Object的wait和notify方法的功能，但可以選擇性地地通知某些線程。與使用synchronized關鍵字和Object的wait方法不同，使用Condition對象可以在等待信號時釋放鎖。

public class ConditionTest {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void waitForCount() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count  {
            try {
                test.waitForCount();
                System.out.println("count has reached 5000");
            } catch (InterruptedException ex) {
                // ...
            }
        }).start();

        for (int i = 0; i  {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
              test.increment();
            }
          }).start();
        }

        Thread.sleep(3000);
    }
}

上述代碼中，ConditionTest類中的waitForCount方法會線程等待，直到count變量的值達到5000。在increment方法中，除了對count變量進行修改之外，還會調用signalAll方法通知所有等待線程。最終輸出的是「count has reached 5000」。

五、ReadWriteLock類

除了ReentrantLock之外，Java並發包中還提供了ReadWriteLock類，它可以使得多個線程同時讀取共享變量，但是在有線程寫入時，所有讀線程會被阻塞。

public class ReadWriteLockTest {
    private int count = 0;
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void increment() {
        lock.writeLock().lock();

        try {
            count++;
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public void printCount() {
        lock.readLock().lock();

        try {
            System.out.println(count);
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ReadWriteLockTest test = new ReadWriteLockTest();

        for (int i = 0; i  {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
              test.increment();
            }
          }).start();
        }

        for (int i = 0; i  {
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
              test.printCount();
            }
          }).start();
        }

        Thread.sleep(3000);
    }
}

上述代碼中，increment方法使用寫鎖進行同步，而printCount方法使用讀鎖進行同步。由於讀鎖是共享鎖，多個線程可以同時獲得對共享變量的訪問權。最終輸出的count變量的值會大於等於5000。