Java并发和高并发学习总结- J.U.C之工具类

Posted 2021-02-07 j-howie

1、总览

• CountDownLatch允许一个或多个线程等待某些操作完成
• Semaphore Java版本的信号量实现
• CyclicBarrier 一种辅助性的同步结构，允许多个线程等待到达某个屏障

• Exchanger 在线程间交换数据的一种手段

  2、CountDownLatch

  当一个或多个线程需要等待其他线程完成操作时，就可以使用CountDownLatch了，当然，最简单的你也可以使用join方法

  2.1、join

public class JoinTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
            }
        });
        Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("parser2 finish");
            }
        });
        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("all parser finish");
    }
}

join线程用于让当前执行线程等待join线程执行结束，其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当期线程永远等待。其中wait(0)表示永远等待下去。知道join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用，调用notifyAll()方法是在JVM中实现的。

2.1、CountDownLatch实现

CountDownLatch更为巧妙的实现了这个需求，并且比join的功能更为强大。

public class CountDownLatchTest {
    static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(1);
                c.countDown();
                System.out.println(2);
                c.countDown();
            }
        }).start();
        c.await();
        System.out.println("3");
    }
}

构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，N这里指可能要等待的点。
当调用countDwon方法时，N减一，await方法则会阻塞当前线程，知道N变成0。await方法还有一个带指定时间的重载方法await（long time,TimeUnit unit)，等待时间结束后，就不在阻塞当前线程。
关于实现，在前面一篇有提到，这里就不在赘述。

3、CyclicBarrier

字面意思是可循环使用的屏障，他要做的事情是让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

3.1、CyclicBarrier的使用

CyclicBarrier要拦截的线程数在构造方法中声明，每个线程调用await方法通知CyclicBarrier已到达屏障，然后当前线程被阻塞。

public class CyclicBarrierTest {

    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    
    public static void main(String[] args){
        new Thread(new Runnable(){
            public void run(){
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();
        try {
            c.await();
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(2);
    }
    
}

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier（int parties,Runnable barrierAction）,用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，以方便处理更复杂的业务场景。

3.2、CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重
置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数
器，并让线程重新执行一次。

CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得Cyclic-Barrier
阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

4、semaphore

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;
    private static ExecutorService threadPool = 
            Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
    private static Semaphore s = new Semaphore(10);
    
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        for(int i=0;i < THREAD_COUNT;i++){
            threadPool.execute(new Runnable(){

                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        s.acquire();
                        System.out.println("sava data!");
                        Thread.sleep(5000);
                        s.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    
                }
                
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }

}

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法
Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore（10）表示允
许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用
Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。

其他方法

• ·intavailablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
• ·intgetQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数
• booleanhasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证
• void reducePermits（int reduction）：减少reduction个许可证，是个protected方法

• ·Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected方法

  5、Exchanger

  Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。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。这两个线程通过
  exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也
  执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产
  出来的数据传递给对方。

public class ExchangerTest {
    private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        threadPool.execute(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    String A = "银行流水A"; // A录入银行流水数据
                    exgr.exchange(A);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });
        threadPool.execute(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    String B = "银行流水B"; // B录入银行流水数据
                    String A = exgr.exchange("B");
                    System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是："
                            + A + "，B录入是：" + B);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });
        threadPool.shutdown();
    }
}