CountDownLatch（闭锁）Semaphore（信号量）CyclicBarrier

Posted 2020-11-22 huih

一、CountDowmLatch（闭锁）（倒计数锁存器）

　　CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，在完成某些运算时，只有其他所有线程的运算全部完成，当前运算才继续执行。

　　利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能。

 1 final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
 2 new Thread(){
 3     public void run() {
 4         System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
 5         Thread.sleep(3000);
 6         System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
 7         latch.countDown();
 8     };
 9 }.start();
10 new Thread(){ 
11     public void run() {
12         System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
13         Thread.sleep(3000);
14         System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
15         latch.countDown();
16     };
17 }.start();
18 System.out.println("等待 2 个子线程执行完毕...");
19 latch.await();
20 System.out.println("2 个子线程已经执行完毕");
21 System.out.println("继续执行主线程");
22 }

二、Semaphore（信号量-控制同时访问的线程个数）

　　信号量可以控制同时访问的线程个数，通过acquire()获取一个许可，如果没有就等待，而通过release()释放一个许可。

Semaphore类中比较重要的几个方法：

　　1）public void acquire()：用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，知道获得许可。

　　2）public void acquire(int permits)：获取permits个许可。

　　3）public void release(){}：释放许可，注意，在释放许可之前，必须先获得许可。

　　4）public void release(int permits){}：释放permits个许可。

上面4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法：

　　1）public boolean tryAcquire()：尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false。

　　2）public boolean tryAcquire(long timeout,TimeUnit unit)：尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则立即返回false。

　　3）public boolean tryAcquire(int permits)：尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false。

　　4）public boolean tryAcquire(int permits,long timeout,TimeUnit unit)：尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则立即返回false。

　　5）还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

　　例子：若一个工厂有5台机器，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：

 1 int N = 8; //工人数
 2 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
 3 for(int i=0;i<N;i++){
 4     new Worker(i,semaphore).start();
 5 }
 6 static class Worker extends Thread{
 7     private int num;
 8     private Semaphore semaphore;
 9     public Worker(int num,Semaphore semaphore){
10         this.num = num;
11         this.semaphore = semaphore;
12     }
13     public void run() {
14         try {
15             semaphore.acquire();
16             System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");
17             Thread.sleep(2000);
18             System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
19             semaphore.release();
20         } catch (InterruptedException e) {
21             e.printStackTrace();
22         }
23     }
24 }

三、CyclicBarrier（回环栅栏-等待至barrier状态再全部同时执行）

　　回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行，叫做回环，是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这种状态叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。

　　CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有两个重载版本：

　　　　1）public int await()：用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务。

　　　　2）public int await(long timeout,TimeUnit unit)：让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。

　　具体使用如下：

 1  public static void main(String[] args) {
 2      int N = 4;
 3      CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
 4      for(int i=0;i<N;i++)
 5          new Writer(barrier).start();
 6      }
 7  static class Writer extends Thread{
 8      private CyclicBarrier cyclicBarrier;
 9      public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
10          this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
11      }
12  public void run() {
13      try {
14          Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟线程需要预定写入数据操作
15 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
16          cyclicBarrier.await();
17      } catch (InterruptedException e) {
18          e.printStackTrace();
19      }catch(BrokenBarrierException e){
20          e.printStackTrace();
21      }
22      System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务，比如数据操作");
23      }
24  }

 

三者之间的联系与区别：

　　CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同。CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个线程执行完任务之后，它才执行；而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行。另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。

　　Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。