并发编程中常用的设计模式有:executor:简化线程管理,管理线程池并提交任务。future:允许在任务完成前访问结果或取消任务,以表示异步执行的任务。completablefuture:增强了 future,异步过程构建功能提供了更复杂的功能。semaphore:限制同时访问特定资源的线程数量,防止资源过载。threadlocal:为每个线程提供私有数据存储,避免线程安全问题。
Java 常见的框架并发编程设计模式
并发编程在 Java 框架非常重要,需要有效地协调并行任务。以下是一些可用于简化和有效实现并发代码的最常用设计模式:
Executor
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- 使用:管理线程池并提交任务。
- 优点:线程管理抽象,提供动态扩展和优化性能的方法。
- 示例:
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10); executor.submit(() -> System.out.println("Task completed"));
Future
- 用途:表示异步执行任务。
- 优点:允许在任务完成前访问结果或取消任务。
- 示例:
Future<String> future = executor.submit(() -> "Task result"); String result = future.get();
CompletableFuture
- 用途:增强 Future,它提供了组合和转换任务等更多的并发功能。
- 优点:允许复杂的异步过程轻松构建。
- 示例:
CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>(); executor.submit(() -> { String result = "Task result"; future.complete(result); });
Semaphore
- 用途:限制同时访问特定资源的线程数量。
- 优点:防止资源超载,确保公平访问。
- 示例:
Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 允许 10 同时访问一个线程 semaphore.acquire(); // 获得许可证 try { // 访问资源 } finally { semaphore.release(); // 释放许可证 }
ThreadLocal
- 用途:为每个线程提供自己的私人数据存储。
- 优点:避免线程安全问题,轻松访问特定的线程数据。
- 示例:
ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>(); threadLocal.set("Thread-specific data"); String data = threadLocal.get();
实战案例:并发文件读取
以下是一个用途 Executor 和 Future 模式读取文件并发案例:
import java.io.IOException; import java.nio.file.Files; import java.nio.file.Path; import java.nio.file.Paths; import java.util.List; import java.util.concurrent.*; public class FileLinesReader { private static final int NUM_THREADS = 10; public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException { Path path = Paths.get("input.txt"); ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(NUM_THREADS); List<Future<List<String>>> futures = submitFileLinesProcessing(executor, path); List<String> lines = collectFileLines(futures); for (String line : lines) { System.out.println(line); } } private static List<Future<List<String>>> submitFileLinesProcessing( ExecutorService executor, Path path) throws IOException { List<Future<List<String>>> futures = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { futures.add(executor.submit(() -> Files.readAllLines(path))); } return futures; } private static List<String> collectFileLines( List<Future<List<String>>> futures) throws InterruptedException, ExecutionException { List<String> lines = new ArrayList<>(); for (Future<List<String>> future : futures) { lines.addAll(future.get()); } return lines; } }
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