并发工具类：CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore
Posted 冬瓜蔡
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了并发工具类：CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
在多线程的场景下，有些并发流程需要人为来控制，在JDK的并发包里提供了几个并发工具类：CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore。
一、CountDownLatch
1 import java.util.concurrent.CountDownLatch; 2 3 4 public class CountDownLatchTest 5 {
//设置N为2 6 static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2); 7 public static void main(String[] args) throws Exception 8 { 9 Thread t1 = new Thread(new Runnable() 10 { 11 12 @Override 13 public void run() 14 { 15 System.out.println("1");
//将N减1 16 c.countDown(); 17 } 18 }); 19 20 Thread t2 = new Thread(new Runnable() 21 { 22 23 @Override 24 public void run() 25 { 26 System.out.println("2"); 27 c.countDown(); 28 } 29 }); 30 t1.start(); 31 t2.start();
//让当前线程等待，直到计数N为0 32 c.await(); 33 System.out.println("3"); 34 } 35 }
执行结果：
1 2 3
这里会存在两种结果：123或者213，但是绝对不会出现3打印在1、2前面的。
new CountDownLatch(2);
这个CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，N表示阻塞的线程必须等待N次countDown才能执行。
每次调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，而这个方法可以使用在任何地方，这里的N点可以是N个线程，也可以是一个线程中N个步骤。
而CountDownLatch的await方法则会阻塞当前线程，直到N为0的时候才能执行。
我们将上面的程序改造下，让线程中有两个打印动作，并且第二个动作前线程休眠一段时间：
1 import java.util.concurrent.CountDownLatch; 2 3 4 public class CountDownLatchTest 5 { 6 static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2); 7 public static void main(String[] args) throws Exception 8 { 9 Thread t1 = new Thread(new Runnable() 10 { 11 12 @Override 13 public void run() 14 { 15 System.out.println("1"); 16 c.countDown(); 17 try 18 { 19 Thread.sleep(500); 20 System.out.println("2"); 21 } 22 catch (InterruptedException e) 23 { 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 } 27 }); 28 29 Thread t2 = new Thread(new Runnable() 30 { 31 32 @Override 33 public void run() 34 { 35 System.out.println("3"); 36 c.countDown(); 37 } 38 }); 39 t1.start(); 40 t2.start(); 41 c.await(); 42 System.out.println("4"); 43 } 44 }
执行结果：
1 3 4 2
这个结果是由于在打印完1、3之后，N已经变化为0，主线程执行打印4，由于线程1休眠，所以2最后才打印。
在上面的程序中，如果将N设置为3，则主线程中的打印4永远不会执行，因为没有N永远只会到1而不会减少到0.
在这里我们想起了线程的join方法，这个方法也是可以阻塞当前线程，等待某线程执行完成。通过对比，我们可以发现使用CountDownLatch这个工具类更灵活，因为countDown可以用在任何线程的任何地方。
CountDownLatch适合一个大任务拆分成多个小任务，然后在所有子任务完成后，通知其他的后续操作开始执行。
二、同步屏障CyclicBarrier
CyclicBarrier默认的构造方法CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达屏障，然后当前线程被阻塞，直到被拦截的线程全部都到达了屏障，然后前面被阻塞的线程才能开始执行，否则会被一直阻塞。
1 public class CyclicBarrierTest 2 { 3 static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(3); 4 5 public static void main(String[] args) 6 throws Throwable, BrokenBarrierException 7 { 8 Thread t1 = new Thread(new Runnable() 9 { 10 @Override 11 public void run() 12 { 13 try 14 { 15 c.await(); 16 } 17 catch (InterruptedException e) 18 { 19 e.printStackTrace(); 20 } 21 catch (BrokenBarrierException e) 22 { 23 e.printStackTrace(); 24 } 25 System.out.println("1"); 26 27 } 28 }); 29 Thread t2 = new Thread(new Runnable() 30 { 31 @Override 32 public void run() 33 { 34 try 35 { 36 c.await(); 37 } 38 catch (InterruptedException e) 39 { 40 e.printStackTrace(); 41 } 42 catch (BrokenBarrierException e) 43 { 44 e.printStackTrace(); 45 } 46 System.out.println("2"); 47 } 48 }); 49 50 t1.start(); 51 t2.start(); 52 c.await(); 53 System.out.println("3"); 54 } 55 }
执行结果：
3 1 2
上述中被屏障拦截的线程有3个，其中线程1和线程2执行的时候先到达屏障，然后被阻塞，主线程执行第52行到达屏障，至此阻塞的三个线程全部到达屏障，然后阻塞的线程可以去竞争CPU开始执行。
如果将拦截的线程数修改为4：
static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4);
这样的话被拦截的线程数有4个，但是只有三个线程调用await方法告诉CyclicBarrier，我到达了屏障。所以这三个线程都会被阻塞。
另外还有一点就是CyclicBarrier的计数器可以重置，例如设置的是拦截线程数量为2，但是有3个线程调用了await()方法表示到达了屏障，这个时候会出现最先达到屏障的两个线程顺利执行完毕，而最后到达的第三个线程则一直被阻塞，因为它等不到另外一个线程到达屏障了。
而如果拦截线程的数量依旧为2，但是有4个线程调用了await()方法，那么这4个线程是分两批执行的，前两个线程满足拦截的线程数，到达屏障后放行；然后CyclicBarrier的计数器重置，后面两个线程到达屏障后放行。
1 import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; 2 import java.util.concurrent.CyclicBarrier; 3 4 import sun.java2d.SunGraphicsEnvironment.T1Filter; 5 6 7 public class CyclicBarrierTest 8 { 9 static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2); 10 11 public static void main(String[] args) throws Throwable, BrokenBarrierException 12 { 13 Thread t1 = new Thread(new Runnable() 14 { 15 @Override 16 public void run() 17 { 18 try 19 { 20 c.await(); 21 } 22 catch (InterruptedException e) 23 { 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 catch (BrokenBarrierException e) 27 { 28 e.printStackTrace(); 29 } 30 System.out.println("1"); 31 32 } 33 }); 34 Thread t2 = new Thread(new Runnable() 35 { 36 @Override 37 public void run() 38 { 39 try 40 { 41 c.await(); 42 } 43 catch (InterruptedException e) 44 { 45 e.printStackTrace(); 46 } 47 catch (BrokenBarrierException e) 48 { 49 e.printStackTrace(); 50 } 51 System.out.println("2"); 52 } 53 }); 54 55 Thread t3 = new Thread(new Runnable() 56 { 57 @Override 58 public void run() 59 { 60 try 61 { 62 c.await(); 63 } 64 catch (InterruptedException e) 65 { 66 e.printStackTrace(); 67 } 68 catch (BrokenBarrierException e) 69 { 70 e.printStackTrace(); 71 } 72 System.out.println("3"); 73 74 } 75 }); 76 t1.start(); 77 t2.start(); 78 t3.start(); 79 c.await(); 80 System.out.println("4"); 81 } 82 }
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并结果的场景；由于CyclicBarrier的计数器可以重置，所以可以使用它处理更为复杂的业务场景，而CountDownLatch计数器只能使用一次。
三、信号量Semaphore
无论是内部锁synchronized还是重入锁ReentrantLock，一次都只允许一个线程访问某一个资源，而信号量却可以指定多个线程同时访问某一资源；主要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。
1 public class SemaphoreTest implements Runnable 2 { 3 final Semaphore s = new Semaphore(5); 4 @Override 5 public void run() 6 { 7 try 8 { 9 s.acquire(); 10 Thread.sleep(1000); 11 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is done"); 12 s.release(); 13 } 14 catch (InterruptedException e) 15 { 16 e.printStackTrace(); 17 } 18 } 19 }
public class MainTest { public static void main(String[] args) { SemaphoreTest s = new SemaphoreTest(); //创建一个可重用固定线程数的线程池，线程数量为20 ExecutorService threadPool= Executors.newFixedThreadPool(20); for(int i=0;i<20;i++) { threadPool.submit(s); } threadPool.shutdown(); } }
执行的结果是每五个线程为一组打印消息。
线程池里面有20个可重复使用的线程数量，但是信号量只有5个，也就是每次只能并发5个线程执行，其他线程阻塞。
信号量为5，可以认为线程池里有5把锁，每个线程调用acquire和release分别表示获取锁和释放锁，这样，通过信号量就可以调度多个线程的执行。
以上是关于并发工具类：CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章