高併發程式設計系列：4大併發工具類的功能、原理、以及應用場景
通常我們所說的併發包也就是java.util.concurrent，集中了Java併發工具類和併發容器等，今天主要介紹Java併發程式設計的工具類，我先從Java併發工具包談起。
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併發工具包涵蓋範圍
1.併發工具類
提供了比synchronized更加高階的各種同步結構：包括CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等，可以實現更加豐富的多執行緒操作。
2.併發容器
提供各種執行緒安全的容器：最常見的ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap,實現執行緒安全的動態陣列CopyOnWriteArrayList等。
3.併發佇列
各種BlockingQueue的實現：常用的ArrayBlockingQueue、SynchorousQueue、特定場景的PriorityBlockingQueue。
4.Executor框架
可以建立各種不同型別的執行緒池，排程任務執行等，絕大部分情況下，不再需要自己從頭實現執行緒池和任務排程器。
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常用的併發容器
1.ConcurrentHashMap
經常使用的併發容器，JDK 1.7和1.8的底層資料結構發生了變化(後續文章會詳解)，這裡可以建議學習順序如下：從Java7 HashMap -> Java7 ConcurrentHashMap -> Java8 HashMap -> Java8 ConcurrentHashMap，這樣可以更好的掌握這個併發容器，畢竟都是從HashMap進化而來。
2.ConcurrentSkipListMap
在乎順序，需要對資料進行非常頻繁的修改
3.CopyOnWrite容器
CopyOnWrite容器即寫時複製的容器。從JDK1.5開始Java併發包裡提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現的併發容器,CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。
4.各種併發佇列的實現
如各種BlockedQueue實現，比較典型的ArrayBlockingQueue、SynchorousQueue。
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常用的併發工具類
1.CountDownLatch
功能：
CountDownLatch是一個同步的輔助類，允許一個或多個執行緒，等待其他一組執行緒完成操作，再繼續執行。
原理：
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CountDownLatch是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值為需要等待執行緒的數量。
eg：CountDownLatch c = new CountDownLatch(10); // 等待執行緒的數量為10
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主執行緒呼叫CountDownLatch的await()方法會阻塞當前執行緒(即:主執行緒在閉鎖上等待)，直到計數器的值為0。
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當一個工作執行緒完成了自己的任務後，呼叫CountDownLatch的countDown()方法，計數器的值就會減1。
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當計數器值為0時，說明所有的工作執行緒都執行完了，此時，在閉鎖上等待的主執行緒就可以恢復執行任務。
應用場景：
倒數計時器
例如：一種典型的場景就是火箭發射。在火箭發射前，為了保證萬無一失，往往還要進行各項裝置、儀器的檢查。 只有等所有檢查完畢後，引擎才能點火。這種場景就非常適合使用CountDownLatch。
它可以使得點火執行緒，等待所有檢查執行緒全部完工後，再執行
使用方式：
static final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);end.countDown(); end.await();
2.CyclicBarrier
功能:
CyclicBarrier的字面意思是可迴圈使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，讓一組執行緒到達一個屏障（也可以叫同步點）時被阻塞，直到最後一個執行緒到達屏障時，屏障才會開門，所有被屏障攔截的執行緒才會繼續執行。
和CountDownLatch相似，也是等待某些執行緒都做完以後再執行。
與CountDownLatch區別：
在於這個計數器可以反覆使用。比如，假設我們將計數器設定為10。那麼湊齊第一批1 0個執行緒後，計數器就會歸零，然後接著湊齊下一批10個執行緒。
原理：
1)CyclicBarrier是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值為需要等待執行緒的數量。eg：CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2); // 等待執行緒的數量為2
2)每個執行緒呼叫CyclicBarrier的await()方法，使自己進入等待狀態。
3)當所有的執行緒都呼叫了CyclicBarrier的await()方法後，所有的執行緒停止等待，繼續執行。
使用方式：
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) barrierAction就是當計數器一次計數完成後，系統會執行的動作await()
3.訊號量Semaphore
功能：
Java提供了經典訊號量Semaphore的實現，它通過控制一定數量的許可（permit）的方式，來達到限制通用資源訪問的目的。例如：控制併發的執行緒數。
原理：
1)Semaphore是通過一個計數器(記錄許可證的數量)來實現的，計數器的初始值為需要等待執行緒的數量。
eg：Semaphore s = new Semaphore(10); // 執行緒最大的併發數為10
2)執行緒通過acquire()方法獲取許可證(計數器的值減1)，只有獲取到許可證才可以繼續執行下去，否則阻塞當前執行緒。
3)執行緒通過release()方法歸還許可證(計數器的值加1)。
說明：使用tryAcquire()方法可以立即得到執行的結果：嘗試獲取一個許可證，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false。
應用場景：
Semaphore可以用於做流量控制，特別是公用資源有限的應用場景，比如資料庫連線。
舉一個場景：例如在車站、機場等計程車時，當很多空出租車就位時，為防止過度擁擠，排程員指揮排隊等待坐車的隊伍一次進來5個人上車，等這5個人坐車出發，再放進去下一批。這和Semaphore的工作原理有些類似。
4.交換者Exchanger
功能：
Exchanger（交換者）是一個用於執行緒間協作的工具類。Exchanger用於進行執行緒間的資料交換。
原理：
它提供一個同步點，在這個同步點兩個執行緒可以交換彼此的資料。
這兩個執行緒通過exchange方法交換資料， 如果第一個執行緒先執行exchange方法，它會一直等待第二個執行緒也執行exchange，當兩個執行緒都到達同步點時，這兩個執行緒就可以交換資料，將本執行緒生產出來的資料傳遞給對方。
Exchanger的應用場景
Exchanger可以用於校對工作的場景。