Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBa

作者: 笑才 | 来源:发表于2018-07-11 00:11 被阅读0次

一.CountDownLatch用法
CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，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来实现这种功能了。
CountDownLatch类只提供了一个构造器：
public CountDownLatch(int count) { }; //参数count为计数值
然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：
public void await() throws InterruptedException { }; //调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行
public void countDown() { }; //将count值减1

实例：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class testDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO 自动生成的方法存根
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
         
        new Thread(){
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                   Thread.sleep(3000);
                   System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                   latch.countDown();
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
            };
        }.start();

        new Thread(){
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                    latch.countDown();
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
            };
        }.start();

        try {
            System.out.println("等待2个子线程执行完毕...");
           latch.await();
           System.out.println("2个子线程已经执行完毕");
           System.out.println("继续执行主线程");
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
    }
}

运行结果：
子线程Thread-0正在执行
等待2个子线程执行完毕...
子线程Thread-1正在执行
子线程Thread-0执行完毕
子线程Thread-1执行完毕
2个子线程已经执行完毕
继续执行主线程

代码解释：
    此代码中主线程中创建了CountDownLatch latch，调用latch.await()阻塞线程，同时创建了两个子线程，子线程中调用
latch.countDown()，此函数是当该线程结束之后开始执行（与放置位置无关），但countDown执行latch初始个数时，主线程解除
阻塞，继续运行

二.CyclicBarrier用法
字面意思回环栅栏，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。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。

CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
}
public CyclicBarrier(int parties) {
}
参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：

    public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
    public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

第一个版本比较常用，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；

第二个版本是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。

实例：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class testDemo02 {

    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Writer(barrier).start();
    }
    static class Writer extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

运行结果：
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

代码解释：
主线程启动4个子线程，主线程中CyclicBarrier barrier  =new CyclicBarrier(4)，四个子线程都是带着参数barrier运行起来的，四个
子线程运行时被cyclicBarrier.await()阻塞着，直到执行了4次cyclicBarrier.await()，线程阻塞才会被解除，此时这四个子线程都可
以继续运行下去了

从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。

当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。

如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class testDemo02 {

     public static void main(String[] args) {
            int N = 4;
            CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());   
                }
            });
     
            for(int i=0;i<N;i++)
                new Writer(barrier).start();
        }
        static class Writer extends Thread{
            private CyclicBarrier cyclicBarrier;
            public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
                this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
            }
     
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
                try {
                    Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }catch(BrokenBarrierException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
            }
        }
}

运行结果：
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
当前线程Thread-3
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

从结果可以看出，当四个线程都到达barrier状态后，会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。

下面看一下为await指定时间的效果：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

public class testDemo02 {

    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
 
        for(int i=0;i<N;i++) {
            if(i<N-1)
                new Writer(barrier).start();
            else {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                new Writer(barrier).start();
            }
        }
    }
    static class Writer extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                try {
                    cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
                } catch (TimeoutException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

运行结果：
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3正在写入数据...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:222)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:399)
    at com.primeton.eos2.testDemo02$Writer.run(testDemo02.java:40)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:215)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:399)
    at com.primeton.eos2.testDemo02$Writer.run(testDemo02.java:40)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:215)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:399)
    at com.primeton.eos2.testDemo02$Writer.run(testDemo02.java:40)
Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:172)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:399)
    at com.primeton.eos2.testDemo02$Writer.run(testDemo02.java:40)

上面的代码在main方法的for循环中，故意让最后一个线程启动延迟，因为在前面三个线程都达到barrier之后，等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier，就抛出异常并继续执行后面的任务。

另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class testDemo02 {

   public static void main(String[] args) {
       int N = 4;
       CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);

       for(int i=0;i<N;i++) {
           new Writer(barrier).start();
       }

       try {
           Thread.sleep(25000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }

       System.out.println("CyclicBarrier重用");

       for(int i=0;i<N;i++) {
           new Writer(barrier).start();
       }
   }
   static class Writer extends Thread{
       private CyclicBarrier cyclicBarrier;
       public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
           this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
       }

       @Override
       public void run() {
           System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
           try {
               Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
               System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");

               cyclicBarrier.await();
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }catch(BrokenBarrierException e){
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
       }
   }
}

运行结果：
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
CyclicBarrier重用
线程Thread-4正在写入数据...
线程Thread-5正在写入数据...
线程Thread-6正在写入数据...
线程Thread-7正在写入数据...
线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-5写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-7写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
Thread-7所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-4所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-5所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

从执行结果可以看出，在初次的4个线程越过barrier状态后，又可以用来进行新一轮的使用。而CountDownLatch无法进行重复使用。

三.Semaphore用法
Semaphore翻译成字面意思为信号量，Semaphore可以控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 release() 释放一个许可。

Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：
public Semaphore(int permits) { //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) { //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可
sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
public void acquire() throws InterruptedException { } //获取一个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可
public void release() { } //释放一个许可
public void release(int permits) { } //释放permits个许可
acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。
release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。
这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：
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
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //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，否则则立即返回false
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
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //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，否则则立即返回false
另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用：

假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，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：

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class testDemo03 {

    public static void main(String[] args) {
        int N = 8;            //工人数
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Worker(i,semaphore).start();
    }
 
    static class Worker extends Thread{
        private int num;
        private Semaphore semaphore;
        public Worker(int num,Semaphore semaphore){
            this.num = num;
            this.semaphore = semaphore;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
                semaphore.release();           
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

运行结果：
工人0占用一个机器在生产...
工人1占用一个机器在生产...
工人4占用一个机器在生产...
工人2占用一个机器在生产...
工人6占用一个机器在生产...
工人6释放出机器
工人2释放出机器
工人0释放出机器
工人1释放出机器
工人4释放出机器
工人7占用一个机器在生产...
工人3占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人5释放出机器
工人3释放出机器
工人7释放出机器

代码解释：
主线程启动8个子线程，主线程中Semaphore semaphore = new Semaphore(5)，8个子线程都是带着参数semaphore运行起来
的，8个子线程运行时都会通过semaphore.acquire()获取那五个资源，抢到资源的继续运行，没抢到的等待，直到有其它线程
semaphore.release()释放资源，才有机会去竞争资源，抢到运行，否则继续等待，直到所有线程都获取过资源，运行完成

下面对上面说的三个辅助类进行一个总结：

1）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等待若干个其他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。

2）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。

此篇文章是借鉴别人的博客写的，博主写的非常好，所以本人改动比较少，只是把代码亲测一遍，并贴出了完整代码，如有兴趣，请移驾原文：http://www.importnew.com/21889.html

如有问题或有想相互学习交流的，可以联系本人（邮箱：18986837482@163.com，微信：caililiangcaililiang，QQ：785553790）

Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBa

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