Java常用的同步工具类有哪些？（非常详细）

JUC（java.util .concurrent 工具包）包含多种同步工具类，这些同步工具类解决了不同并发编程场景下的同步、通信问题，比如实现多线程之间的等待/通知机制、资源的共享与交换等。

同步工具类提供了复杂的同步机制，使得多个线程之间的协作更加简单。JUC 包含的同步工具类主要包括以下几种。

Java CountDownLatch

CountDownLatch 称为闭锁，其作用类似于加强版的 join() 方法的作用，可以让一组线程等待其他的线程完成工作以后执行。它常用于将一个大任务分割成若干个小任务并行执行，执行线程等待所有小任务都完成后，再执行后续的操作。

例如，在系统启动时，可能需要加载多项服务和数据，如配置服务、数据库连接、缓存预热等，使用 CountDownLatch 可以保证在系统对外提供服务前，所有的基础服务和数据加载都已就绪。

Java CyclicBarrier

CyclicBarrier 称为栅栏，其作用是让一组线程到达某个屏障时被阻塞，直到组内的最后一个线程到达屏障时，屏障才会开放，所有被阻塞的线程才会继续运行。

CyclicBarrier 允许一组线程相互等待，达到一个共同点后再一起继续执行。它适用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。

例如，在进行数据分析时，一个大型数据集可能被分割处理多个节点上的任务。为了进入下一个分析阶段，可能需要等待所有的节点完成其任务。使用 CyclicBarrier 可以协调各个节点，保证它们同步完成阶段性工作后再进入下一阶段。

Java Semaphore

Semaphore 称为信号量，用于控制同时访问某个特定资源的线程数量，即进行流量控制，控制对有限资源的访问。

Semaphore 可以控制同时访问资源的线程个数，实现资源的有效利用。例如，在限制对数据库的并发访问时，使用 Semaphore 可以限制同时访问的线程数，降低对数据库的压力，预防过多的并发操作导致的性能瓶颈或服务降级。

Java Exchanger

Exchanger 称为交换器，用于在线程之间交换数据，但是比较受限，因为它只能让两个线程之间交换数据。它提供一个同步点，在这个同步点处，两个线程可以交换彼此的数据。

例如，在对账系统中，两个独立系统之间可能需要交换数据以核对交易记录的一致性。Exchanger 可以用于两个处理线程间的数据交换，保证数据核对的准确性。

Java Phaser

Phaser 称为阶段协同器，它提供了一些简便方法用于管理多个阶段的执行，即可以控制多个线程的按顺序和阶段执行。

Phaser 在功能上类似于 CyclicBarrier 和 CountDownLatch，但更为灵活，它能够自适应地调整并发线程数，可动态增加和减少并发线程数。它还可以控制多阶段计算任务进行同步。

Phaser 的适用场景很多，具体如下：

• 多线程任务分配：Phaser 可以用于将复杂的任务分配给多个线程执行，并协调线程间的合作；
• 多级任务流程：Phaser 可以用于实现多级任务流程，在每一级任务完成后触发下一级任务；
• 模拟并行计算：Phaser 可以用于模拟并行计算，协调多个线程间的工作；
• 阶段性任务：Phaser 可以用于实现阶段性任务，在每一阶段任务完成后触发下一阶段任务。

Java BlockingQueue

BlockingQueue 称为阻塞队列，它提供了线程安全的队列访问方式，其内部采用锁机制保证生产者和消费者使用的互斥。

BlockingQueue 是一个接口，实现类有多种类型，比如 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue 等。它常用于线程之间的任务传递，适用于生产者-消费者模式。

例如，在实现一个订单处理队列系统时，使用 BlockingQueue 可以缓存待处理的消息，消费者线程可以安全地从队列中取出消息进行处理，而不会和其他线程发生冲突。

上述介绍的 JUC 同步工具在多线程程序设计中非常有用，它们解决了线程之间的协调和通信问题，是实现可靠并发应用程序的重要组成部分。我们可以根据需要选择合适的同步工具来简化并发程序的设计和实现。