您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 相關知識

Java 並發套件 java.util.concurrent 核心組件實戰指南

編輯：Java 相關知識

JUC 套件架構概覽

java.util.concurrent (JUC) 由 Doug Lea 設計，提供高效能、執行緒安全的並發工具，取代低層級 wait/notify/synchronized，解決死鎖、活鎖、飢餓等經典問題。

核心介面與類別分類

類別	用途	關鍵特性
Executor	任務執行者介面	解耦任務提交與執行細節
ExecutorService	執行緒池管理	生命週期控制、Future 回傳、關閉機制
ScheduledExecutorService	排程任務	固定延遲/週期執行
Future	非同步結果	get() 阻塞取得、cancel() 取消
CompletableFuture	組合式非同步	thenApply/thenCompose/whenComplete 鏈式操作
Lock/ReentrantLock	顯式鎖	公平/非公平、可中斷、條件變數
Semaphore	計數信號量	資源池存取控制
CountDownLatch	倒數閂鎖	一次性等待多任務完成
CyclicBarrier	循環柵欄	可重複使用的集合點同步
BlockingQueue	阻塞隊列	生產者-消費者模式基石
ConcurrentHashMap	並發雜湊表	分段鎖/JDK8 CAS+Synchronized 高併發
CopyOnWriteArrayList	寫入複製陣列	讀多寫少場景最佳化

執行緒池建立最佳實踐


// 1. 固定大小執行緒池（適用於負載穩定）
ExecutorService fixed = Executors.newFixedThreadPool(4);

// 2. 快取執行緒池（適用於大量短任務）
ExecutorService cached = Executors.newCachedThreadPool();

// 3. 單一執行緒序列化執行
ExecutorService single = Executors.newSingleThreadExecutor();

// 4. 生產環境推薦：自訂 ThreadPoolExecutor 精確控制
ThreadPoolExecutor custom = new ThreadPoolExecutor(
    4,              // corePoolSize
    8,              // maximumPoolSize
    60L, TimeUnit.SECONDS, // keepAliveTime
    new LinkedBlockingQueue<>(100), // 有界隊列防止 OOM
    new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("biz-worker-%d").build(),
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒絕策略
);

同步工具實戰範例

Semaphore：資源池存取控制


// 模擬 2 個車位的停車場
Semaphore parking = new Semaphore(2);

void parkCar(int carId) {
    parking.acquire(); // 獲取車位，無位則阻塞
    try {
        System.out.println("車輛 " + carId + " 進場");
        Thread.sleep((long) (Math.random() * 5000));
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    } finally {
        System.out.println("車輛 " + carId + " 離場");
        parking.release(); // 釋放車位
    }
}

CountDownLatch vs CyclicBarrier

CountDownLatch：一次性計數器，主執行緒等待 N 個子任務完成（如應用啟動初始化）
CyclicBarrier：可重置的集合點，N 個執行緒互相等待至同一屏障（如多階段並行計算）

CompletableFuture 非同步組合


CompletableFuture.supplyAsync(() -> fetchUser(1))
    .thenApply(user -> enrichProfile(user))
    .thenCompose(profile -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> fetchRecommendations(profile)))
    .whenComplete((result, ex) -> {
        if (ex != null) log.error("推薦失敗", ex);
        else render(result);
    });

阻塞隊列選型指南

隊列	特性	適用場景
ArrayBlockingQueue	有界陣列、FIFO	固定緩衝區、生產消費速率平衡
LinkedBlockingQueue	可選有界鏈表、FIFO	預設無界、高吞吐生產消費
PriorityBlockingQueue	優先級堆、無界	任務優先級調度
DelayQueue	延遲堆、無界	定時任務、緩存過期清理
SynchronousQueue	零容量、直接移交	執行緒池 `newCachedThreadPool` 內部使用