- Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBa
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在java 1.5中，提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。
以下是本文目录大纲：
一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法
若有不正之处请多多谅解，并欢迎批评指正。
请尊重作者劳动成果，转载请标明原文链接：
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
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：
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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
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下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
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();
}
}
}
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执行结果：
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<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">线程Thread-0正在执行
线程Thread-1正在执行
等待2个子线程执行完毕...
线程Thread-0执行完毕
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</pre>
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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：
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public CyclicBarrier(``int parties, Runnable barrierAction) {
}
public CyclicBarrier(``int parties) {
}
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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：
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public int await() ``throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await(``long timeout, TimeUnit unit)``throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
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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。
下面举几个例子就明白了：
假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：
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public class Test {
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..."``);
}
}
}
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执行结果：
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<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">线程Thread-0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-3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
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...</pre>
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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：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = ``4``;
CyclicBarrier barrier = ``new CyclicBarrier(N,``new Runnable() {
@Override
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..."``);
}
}
}
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运行结果：
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<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">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-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-2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...</pre>
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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：
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public class Test {
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..."``);
}
}
}
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执行结果：
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<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">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-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-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
at com.cxh.test1.TestWriter.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
at com.cxh.test1.TestWriter.run(Test.java:58)
Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...</pre>
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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：
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public class Test {
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..."``);
}
}
}
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执行结果：
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<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">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-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
Thread-0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-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...
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-7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-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
Thread-4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...
Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-7所有线程写入完毕，继续处理其他任务...</pre>
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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：
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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);
}
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下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
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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
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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：
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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
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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：
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public class Test {
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();
}
}
}
}
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执行结果：
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<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">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2占用一个机器在生产...
工人4占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人0释放出机器
工人2释放出机器
工人3占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人4释放出机器
工人5释放出机器
工人1释放出机器
工人6占用一个机器在生产...
工人3释放出机器
工人7释放出机器
工人6释放出机器</pre>
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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。
参考资料：
《Java编程思想》
http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html
http://leaver.me/archives/3220.html
http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm
http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329
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