CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Callable、Future 都位于java.util.concurrent包下，其中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore属于该包中的tools分支，Callable和Future属于该包中的executer分支。
一.CountDownLatch
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：
1 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：
1 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 2 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 3 public void countDown() { }; //将count值减1
例子：假如有Thread1、Thread2、Thread3、Thread4四条线程分别统计C、D、E、F四个磁盘的大小，所有线程都统计完毕交给Thread5线程去做汇总，实现代码如下：
1 public class Main { 2 private static CountDownLatch count = new CountDownLatch(4); 3 private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6); 4 public static void main(String args[]) throws InterruptedException { 5 for (int i = 0; i < 4; i++) { 6 int finalI = i; 7 service.execute(() -> { 8 // 模拟任务耗时 9 try { 10 int timer = new Random().nextInt(5); 11 TimeUnit.SECONDS.sleep(timer); 12 System.out.printf("%s时完成磁盘%d的统计任务,耗费%d秒.\n", new Date().toString(), finalI, timer); 13 // 任务完成之后,计数器减一 14 count.countDown(); 15 } catch (InterruptedException e) { 16 e.printStackTrace(); 17 } 18 }); 19 } 20 // 下面语句由主线程调用，故主线程一直被阻塞，直到count的计数器被设置为0 21 count.await(); 22 System.out.printf("%s时全部任务都完成,执行合并计算.\n", new Date().toString()); 23 service.shutdown(); 24 } 25 }
运行结果为：
Fri Aug 19 08:59:44 CST 2016时完成磁盘1的统计任务,耗费0秒. Fri Aug 19 08:59:45 CST 2016时完成磁盘2的统计任务,耗费1秒. Fri Aug 19 08:59:48 CST 2016时完成磁盘0的统计任务,耗费4秒. Fri Aug 19 08:59:48 CST 2016时完成磁盘3的统计任务,耗费4秒. Fri Aug 19 08:59:48 CST 2016时全部任务都完成,执行合并计算.
当问题已经分解为许多部分，每个线程都被分配一部分计算时，CountdownLatch 非常有用。在工作线程结束时，它们将减少计数，协调线程可以在闩锁处等待当前这一批计算结束，然后继续移至下一批计算。
相反地，具有计数 1 的 CountdownLatch 类可以用作”启动大门”，来立即启动一组线程；工作线程可以在闩锁处等待，协调线程减少计数，从而立即释放所有工作线程。下例使用两个 CountdownLatche。一个作为启动大门，一个在所有工作线程结束时释放线程。
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：
1 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { 2 3 } 4 5 public CyclicBarrier(int parties) { 6 7 }
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：
1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { }; 2 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。
例子：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，实现代码如下：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 4; 4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); 5 for(int i=0;i<N;i++) 6 new Writer(barrier).start(); 7 } 8 static class Writer extends Thread{ 9 private CyclicBarrier cyclicBarrier; 10 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { 11 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; 12 } 13 14 @Override 15 public void run() { 16 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); 17 try { 18 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 19 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); 20 cyclicBarrier.await(); 21 } catch (InterruptedException e) { 22 e.printStackTrace(); 23 }catch(BrokenBarrierException e){ 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); 27 } 28 } 29 }
执行结果：
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...
View Code
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。更多的其他相关例子详见http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
CountdownLatch 类与 CyclicBarrier 相似，因为它的角色是对已经在它们中间分摊了问题的一组线程进行协调。它也是使用整型变量构造的，指明计数的初始值，但是与 CyclicBarrier 不同的是，CountdownLatch 不能重新使用。其中，CyclicBarrier 是到达屏障的所有线程的大门，只有当所有线程都已经到达屏障或屏障被打破时，才允许这些线程通过，CountdownLatch 将到达和等待功能分离。任何线程都可以通过调用 countDown() 减少当前计数，这种不会阻塞线程，而只是减少计数。await() 方法的行为与 CyclicBarrier.await() 稍微有所不同，调用 await() 任何线程都会被阻塞，直到闩锁计数减少为零，在该点等待的所有线程才被释放，对 await() 的后续调用将立即返回。
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。
三. Semaphore
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：
1 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 2 3 sync = new NonfairSync(permits); 4 5 } 6 7 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 8 9 sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); 10 11 }
下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
1 public void acquire() throws InterruptedException { } //获取一个许可 2 3 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可 4 5 public void release() { } //释放一个许可 6 7 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：
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 3 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 4 5 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 6 7 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：
1 public class Test { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 int N = 8; //工人数 5 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目 6 for(int i=0;i<N;i++) 7 new Worker(i,semaphore).start(); 8 } 9 10 static class Worker extends Thread{ 11 12 private int num; 13 private Semaphore semaphore; 14 public Worker(int num,Semaphore semaphore){ 15 this.num = num; 16 this.semaphore = semaphore; 17 18 } 19 20 @Override 21 public void run() { 22 try { 23 24 semaphore.acquire(); 25 System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产..."); 26 Thread.sleep(2000); 27 System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器"); 28 semaphore.release(); 29 30 } catch (InterruptedException e) { 31 e.printStackTrace(); 32 } 33 } 34 } 35 }
执行结果：
1 工人0占用一个机器在生产... 2 工人1占用一个机器在生产... 3 工人2占用一个机器在生产... 4 工人4占用一个机器在生产... 5 工人5占用一个机器在生产... 6 工人0释放出机器 7 工人2释放出机器 8 工人3占用一个机器在生产... 9 工人7占用一个机器在生产... 10 工人4释放出机器 11 工人5释放出机器 12 工人1释放出机器 13 工人6占用一个机器在生产... 14 工人3释放出机器 15 工人7释放出机器 16 工人6释放出机器
View Code
四. Callable
先说一下java.lang.Runnable吧，它是一个接口，在它里面只声明了一个run()方法：
1 public interface Runnable { 2 public abstract void run(); 3 }
由于run()方法返回值为void类型，所以在执行完任务之后无法返回任何结果。
Callable位于java.util.concurrent包下，它也是一个接口，在它里面也只声明了一个方法，只不过这个方法叫做call()：
1 public interface Callable<V> { 2 V call() throws Exception; 3 }
可以看到，这是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。callable用法和runnable一样，runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而callable功能更强大一些只不过调用的是call方法，该方法有一个泛型返回值类型，可以任意指定，这个返回值可以被Future拿到。
Callable的使用一般情况下是配合ExecutorService来使用的，在ExecutorService接口中声明了若干个submit方法的重载版本：
1 <T> Future<T> submit(Callable<T> task); 2 <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); 3 Future<?> submit(Runnable task);
第一个submit方法里面的参数类型就是Callable。暂时只需要知道Callable一般是和ExecutorService配合来使用的，具体的使用方法讲在后面讲述。
一般情况下我们使用第一个submit方法和第三个submit方法，第二个submit方法很少使用。
五. Future
5.1 Future
Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过get方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。
Future类位于java.util.concurrent包下，它是一个接口：
1 public interface Future<V> { 2 boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); 3 boolean isCancelled(); 4 boolean isDone(); 5 V get() throws InterruptedException, ExecutionException; 6 V get(long timeout, TimeUnit unit) 7 throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; 8 }
在Future接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：
- cancel方法用来取消任务，如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true，若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。
- isCancelled方法表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。
- isDone方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；
- get()方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；
- get(long timeout, TimeUnit unit)用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回null。
也就是说Future提供了三种功能：
- 判断任务是否完成；
- 能够中断任务；
- 能够获取任务执行结果。
5.2 FutureTask
FutureTask是Future接口的一个唯一实现类。
先来看一下FutureTask的实现：
1 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>
FutureTask类实现了RunnableFuture接口，我们看一下RunnableFuture接口的实现：
1 public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { 2 void run(); 3 }
可以看出RunnableFuture继承了Runnable接口和Future接口，而FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。
FutureTask提供了2个构造器：
1 public FutureTask(Callable<V> callable) { 2 } 3 public FutureTask(Runnable runnable, V result) { 4 }
示例如下：
1.使用Callable+Future获取执行结果
public class Test { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); Task task = new Task(); Future<Integer> result = executor.submit(task); executor.shutdown(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e1) { e1.printStackTrace(); } System.out.println("主线程在执行任务"); try { System.out.println("task运行结果"+result.get()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("所有任务执行完毕"); } } class Task implements Callable<Integer>{ @Override public Integer call() throws Exception { System.out.println("子线程在进行计算"); Thread.sleep(3000); int sum = 0; for(int i=0;i<100;i++) sum += i; return sum; } }
View Code
子线程在进行计算
主线程在执行任务
task运行结果4950
所有任务执行完毕View Code
2.使用Callable+FutureTask
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 //第一种方式 4 ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 5 Task task = new Task(); 6 FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task); 7 executor.submit(futureTask); 8 executor.shutdown(); 9 10 //第二种方式，注意这种方式和第一种方式效果是类似的，只不过一个使用的是ExecutorService，一个使用的是Thread 11 /*Task task = new Task(); 12 FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task); 13 Thread thread = new Thread(futureTask); 14 thread.start();*/ 15 16 try { 17 Thread.sleep(1000); 18 } catch (InterruptedException e1) { 19 e1.printStackTrace(); 20 } 21 System.out.println("主线程在执行任务"); 22 try { 23 System.out.println("task运行结果"+futureTask.get()); 24 } catch (InterruptedException e) { 25 e.printStackTrace(); 26 } catch (ExecutionException e) { 27 e.printStackTrace(); 28 } 29 System.out.println("所有任务执行完毕"); 30 } 31 } 32 class Task implements Callable<Integer>{ 33 @Override 34 public Integer call() throws Exception { 35 System.out.println("子线程在进行计算"); 36 Thread.sleep(3000); 37 int sum = 0; 38 for(int i=0;i<100;i++) 39 sum += i; 40 return sum; 41 } 42 }
结果如下：
子线程在进行计算
主线程在执行任务
task运行结果4950
所有任务执行完毕View Code
5.3 Future模式
Future模式的核心在于：去除了主函数的等待时间，并使得原本需要等待的时间段可以用于处理其他业务逻辑。
Future模式有点类似于商品订单。在网上购物时，提交订单后，在收货的这段时间里无需一直在家里等候，可以先干别的事情。类推到程序设计中时，当提交请求时，期望得到答复时，如果这个答复可能很慢。传统的时一直等待到这个答复收到时再去做别的事情，但如果利用Future设计模式就无需等待答复的到来，在等待答复的过程中可以干其他事情。
例如如下的请求调用过程时序图。当call请求发出时，需要很长的时间才能返回。左边的图需要一直等待，等返回数据后才能继续其他操作；而右边的Future模式的图中客户端则无需等到可以做其他的事情。服务器段接收到请求后立即返回结果给客户端，这个结果并不是真实的结果（是虚拟的结果），也就是先获得一个假数据，然后执行其他操作。
代码实现如下：
Client的实现
Client主要完成的功能包括：1. 返回一个FutureData；2.开启一个线程用于构造RealData。
1 public class Client { 2 public Data request(final String string) { 3 final FutureData futureData = new FutureData(); 4 5 new Thread(new Runnable() { 6 @Override 7 public void run() { 8 //RealData的构建很慢，所以放在单独的线程中运行 9 RealData realData = new RealData(string); 10 futureData.setRealData(realData); 11 } 12 }).start(); 13 14 return futureData; //先直接返回FutureData 15 } 16 }
Data的实现
无论是FutureData还是RealData都实现该接口。
1 public interface Data { 2 String getResult() throws InterruptedException; 3 }
FutureData的实现
FutureData是Future模式的关键，它实际上是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程。
1 //FutureData是Future模式的关键，它实际上是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程 2 public class FutureData implements Data { 3 RealData realData = null; //FutureData是RealData的封装 4 boolean isReady = false; //是否已经准备好 5 6 public synchronized void setRealData(RealData realData) { 7 if(isReady) 8 return; 9 this.realData = realData; 10 isReady = true; 11 notifyAll(); //RealData已经被注入到FutureData中了，通知getResult()方法 12 } 13 14 @Override 15 public synchronized String getResult() throws InterruptedException { 16 if(!isReady) { 17 wait(); //一直等到RealData注入到FutureData中 18 } 19 return realData.getResult(); 20 } 21 }
RealData的实现
RealData是最终需要使用的数据，它的构造函数很慢。
1 public class RealData implements Data { 2 protected String data; 3 4 public RealData(String data) { 5 //利用sleep方法来表示RealData构造过程是非常缓慢的 6 try { 7 Thread.sleep(1000); 8 } catch (InterruptedException e) { 9 e.printStackTrace(); 10 } 11 this.data = data; 12 } 13 14 @Override 15 public String getResult() { 16 return data; 17 } 18 }
测试运行
主函数主要负责调用Client发起请求，并使用返回的数据。
1 public class Application { 2 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 3 Client client = new Client(); 4 //这里会立即返回，因为获取的是FutureData，而非RealData 5 Data data = client.request("name"); 6 //这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理 7 //在处理这些业务逻辑过程中，RealData也正在创建，从而充分了利用等待时间 8 Thread.sleep(2000); 9 //使用真实数据 10 System.out.println("数据="+data.getResult()); 11 } 12 }
参考：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
