JUC工具包之加法减法计数器信号量

Posted 2022-12-12 若曦`

• 1. CountDownLatch（减法计数器）
• • (1) 用法一(发令枪)
  • (2) 用法二(记录所有线程的开始或结束时刻)
• 2. CyclicBarrier（加法计数器）
• 3. Semaphore (信号量)

1. CountDownLatch（减法计数器）

CountDownLatch 被人称作减法计数器，实际应用的时候，按照JDK文档的解释，可以有两种场景适用。

用法一是作为发令枪，一个线程拿着发令枪，下令使其他多个线程同时开始进行

用法二是观察所有线程的开始或结束时刻，比如公交车需要等所有乘客上车才能关门，或者是所有乘客下车才能关门，也就是当所有线程开始或结束了，才开始执行主线程的后续方法

补充：new CountDownLatch(N)、coutDown()、await() 必须配合起来使用，创建计数器对象的时候赋的值是多少，coutDown() 就必须执行多少次，否则计数器是没有清零的，计数器就不会停止，其他线程也无法唤醒，所以必须保证计数器清零，所以coutDown() 的调用次数必须大于构造函数的参数值。

(1) 用法一(发令枪)

使用步骤

① new CountDownLatch(1); 在一个线程中(一般是主线程)，调用该方法，创建一个值为1的减法计数器

② CountDownLatch.await(); 在所有其他线程的run方法开始时，调用其方法，使线程阻塞

③ CountDownLatch.countDown(); 到一定时机后在主线程中下令，调用该方法(减法计数器减一)，使计数器为0，所有线程同时进入执行状态

代码示例

public static void main(String[] args) 
        //1.创建一个线程发令枪(值为1的计数器)
        CountDownLatch startSingle = new CountDownLatch(1);

        for (int i = 0; i < 5; i++) 
            new Thread(()->
                System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"，正在等待下令");
                try 
                    startSingle.await();    //2.调用计数器await()方法使其等待
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"，开始执行");
            ,"线程"+(i+1)).start();
        
        try 
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        System.out.println("=========");
        System.out.println("我是Main线程，马上开枪下令");
        System.out.println("=========");
        System.out.println("boom!开跑");
        startSingle.countDown(); //3. 调用countDown()方法，使计数器-1，进行下令
    

(2) 用法二(记录所有线程的开始或结束时刻)

使用步骤

① new CountDownLatch(N); 在一个线程中(一般是主线程)，调用该方法，创建一个值为N的减法计数器

② countDownLatch.countDown(); 在各个线程的执行方法中，调用该方法(减法计数器减一)，使计数器减一，记录当前线程刚开始或已结束

③ countDownLatch.await(); 在主线程中调用方法，使其阻塞，等待接收计数器值为0

代码示例

static void allStartOrEnd()
        CountDownLatch allStartSingle = new CountDownLatch(5); //1. 在主线程中创建一个值为N的减法计数器
        CountDownLatch allEndSingle = new CountDownLatch(5);

        for (int i = 0; i < 5; i++) 
            new Thread(()->
                allStartSingle.countDown(); //2. 在线程的执行任务中，使减法计数器-1
                System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"，开始执行");
                try 
                    Thread.sleep(100);
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                System.out.println("我是"+Thread.currentThread().getName()+"，执行完毕，已结束");
                allEndSingle.countDown(); //减法计数器-1
            ,"线程"+(i+1)).start();
        

        try 
            allStartSingle.await(); //3. 使主线程阻塞，等待计数器为空
            try 
                Thread.sleep(50); // 主线程休眠一小会。避免打印消息比线程执行任务的打印消息快
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            System.out.println("我是主线程，观察到线程开始的计数器值为0，已知晓所有线程都已开始执行");
            System.out.println("==============");
            allEndSingle.await();
            System.out.println("我是主线程，观察到线程结束的计数器值为0，已知晓所有线程都已结束");
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
    

2. CyclicBarrier（加法计数器）

加法计数器构造器可以传入两个参数

一般使用的时候，是将要定时(或者说是定值)完成的任务，放入加法计数器中，并赋予其放行任务的值，在开启其他线程使，调用cyclicBarrier.await();方法，使值+1，当值到达放行值的时候，就执行该任务

比如一辆车，除了司机最多坐4人，司机(也就是这里的加法计数器)要求坐满了才开车，每当一个人上车，人数就+1，到达4个，就开车

使用步骤

① new CyclicBarrier(N,new Runnable())； 主线程中创建一个加法计数器

② cyclicBarrier.await(); 一般是在其他线程执行时使计数器+1

代码示例

 public static void main(String[] args) 
        // 1. new CyclicBarrier(int N,new Runable()); 在主线程中创建一个加法计数器，并赋予其放行值和要执行的任务
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5,new Runnable()  //为了明显，没有用lamdba表达式
            @Override
            public void run() 
                System.out.println("==========");
                System.out.println("加法计数器值到了5，放行该任务,且加法计数器的值重置为0");
            
        );
        for (int i = 0; i < 5; i++) 
            new Thread(()->
                try 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行，任务是使计数器值+1");
                    cyclicBarrier.await();  // 2. cyclicBarrier.await(); 使计数器+1 这里的await()方法是让加法计数器+1
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                 catch (BrokenBarrierException e) 
                    e.printStackTrace();
                
            ,"线程"+(i+1)).start();
        
    

3. Semaphore (信号量)

实际开发中主要使用它来完成限流操作，限制访问某些资源的线程数量

Semaphore底层其实是一个AQS(AbstractQueuedSynchronizer 抽象的队列式的同步器)

关于AQS的知识可以学习这两篇博客
非常详细
一般详细

Semaphore 的使用步骤：

1. 初始化 new Semaphore(int n); //n为信号量的总数量
2. 获取许可 thread.aquire(); //获取信号量的许可,同时信号量-1
3. 释放 thread.release(int n); //一般写在finally中，用于释放当前线程的信号，n代表释放多少个，不写则默认是0

代码示例

public static void main(String[] args) 
        //初始化3个信号量
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        for (int i = 0; i < 10; i++) 
            new Thread((()->
                try 
                    // 获取信号量的许可(信号量+1)
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了车位，开始停车，获得一个信号量+++");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                finally 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"离开了车位，并释放当前信号量---");
                    //释放信号量
                    semaphore.release();
                
            ),String.valueOf(i)).start();
        
    

注意点：指定释放的信号量数量时
比如只改动下一行代码
semaphore.release(); //释放一个信号量 ->semaphore.release(2); //释放两个信号量

当指定释放信号量的数量时，如果信号量释放到了初始化的最大值还在释放，那么此时信号量会扩容