01-原子类

java.util.concurrent 包中提供了如下几类原子操作类：

• AtomicBoolean / AtomicInteger / AtomicLong：底层通过 CAS + volatile 实现线程安全的修改、查询操作。缺点是：

• 可能存在 ABA 问题

• 仅能实现对单个变量操作的原子性，多个原子类变量的复核操作，需要其他的机制保证线程安全，例如锁。

• AtomicReference / AtomicStampedReference / AtomicMarkableReference：提供对引用类型变量的原子操作。

• AtomicStampedReference底层通过Pair存储引用和整型的 stamp，可以解决 ABA 问题

• AtomicMarkableReference底层通过Pair存储引用和布尔型的 stamp，可以解决 ABA 问题

• AtomicIntegerArray / AtomicLongArray / AtomicReferenceArray：提供对数组类型的原子访问

• AtomicIntegerFieldUpdater / AtomicLongFieldUpdater / AtomicReferenceFieldUpdater：用来对对象中的 volatile 域进行原子更新。

原子类底层 CAS 操作是通过sun.misc.Unsafe类实现。关于此类更详细的介绍，参考美团技术团队的文章[1]。

[1] Java魔法类：Unsafe应用解析

02-线程安全容器

除了上节中提到的原子类，java.util.concurrent 包中还提供了几种容器的并发版本实现：

• ConcurrentHashMap：HashMap 的并发版本，相比与线程安全的 HashTable 有更好的并发性能。JDK 1.7 与 JDK 1.8 中，该容器的实现略有差别。在 JDK 1.7 中，基于分段锁实现；在 JDK 1.8 中，基于数组+链表+红黑树+CAS 实现。

• ConcurrentLinkedQueue / ConcurrentLinkedDeque：基于单向/双向链表的无界并发队列

• ConcurrentSkipListMap / ConcurrentSkipListSet：TreeMap / TreeSet 的并发实现版本

• CopyOnWriteArrayList / CopyOnWriteArraySet

03-Executor 框架、线程池和阻塞队列

java.util.concurrent 包中的一个非常重要的内容就是提供了 Executor 框架，主要目的是解耦任务本身和任务执行。

Executor 框架的主要类包括：

• Executor

• ExecutorService / AbstractExecutorService：Executor 接口的增强，增加对自身生命周期的管理和异步执行方式的支持。

• ScheduledExecutorService：周期性任务，在指定延时、或以指定频率执行任务。

线程池是对 ExecutorService 的实现：

• ThreadPoolExecutor

• ScheduledThreadPoolExecutor

• ForkJoinPool，基于 Fork/Join 框架的线程池。

java.util.concurrent.Executors是一个工具类，提供了多个接口创建线程池。不过，阿里开发手册中不建议使用这个类创建线程池，主要原因时可能会使开发者忽略掉线程池的具体细节，而导致 OOM 或者 CPU 资源耗尽等场景。

与线程池相关联的数据结构是阻塞队列：

• ArrayBlockingQueue / LinkedBlockingDeque / LinkedBlockingQueue：基于数组、链表的队列、双端队列；前者有界，后两者无界。

• SynchronousQueue：不存储元素，容量为零，生产者对其插入数据必须阻塞等待消费者将其消费。

• LinkedTransferQueue：是一个无界队列，生产者放入数据时不会阻塞，消费者如果取不到数据会被阻塞，引用范围比 SynchronousQueue 更广。

• PriorityBlockingQueue：带优先级的阻塞队列。

• DelayQueue：无界阻塞队列，其中的对象只能在其到期时才能从队列中取走。

04-同步工具类

java.util.concurrent 包中还提供了用于线程间同步的工具类，例如锁、信号量等。

• ReentrantLock：可重入锁，支持公平、非公平模式。

• ReentrantReadWriteLock：可重入读写锁，读-读并发，读-写、写-写互斥

• StampedLock：与读写锁相比，允许读-写并发，通过乐观锁避免不一致。

• LockSupport：工具类，提供 park / unpark 同步机制

除了上述锁实现，还有信号量机制：

• Semaphore：信号量，与 Lock 不同，可以控制多个线程同时访问临界资源。

• CountDownLatch：可以使一个线程（await），在等待其他线程完成各自的操作后（countDown），再继续执行。CountDownLatch 不可以重复使用。

• CyclicBarrier：当所有线程都到达栅栏时，再继续执行。CyclicBarrier 是可以重复利用的。

除了上述两种外，还提供了 Exchanger，用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。

历史文章

Java Core「3」volatile 关键字

Java Core「2」synchronized 关键字

Java Core「1」JUC- 线程基础