JUC中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

2019年3月10日 208次阅读 来源: JUC

一、CountDownLatch（倒计时锁存器）

      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 三条线程分别解析excel中3个sheel的数据，所有线程都统计完毕交给主线程去做汇总，实现代码如下： 

public class CountDownLatchDemo {

    private static CountDownLatch count = new CountDownLatch(3);
    private static ExecutorService service =  Executors.newFixedThreadPool(6);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{

            for (int i = 0; i < count.getCount(); i++){
                final int  a  = i;
                service.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            int tm = new Random().nextInt(5);
                            TimeUnit.SECONDS.sleep(tm);
                            System.out.println("第" + a + "个线程解析第" + a + "个sheel完成");
                            count.countDown();
                        }catch (InterruptedException e){
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                });
            }
        count.await();
        System.out.println("全部执行完了，开始汇总");
    }
}

输出结果：

《JUC中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore》

 二、CyclicBarrier（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) {

  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：

public class CyclicBarrierDemo {

    public static void main(String[] args){
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(4);
        for(int i = 0; i < cyclicBarrier.getParties(); i++){
            new Writer(cyclicBarrier).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(3000);
                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 (Exception 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：

《JUC中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore》

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：

public class CyclicBarrierDemo {

    public static void main(String[] args){
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(4, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        for(int i = 0; i < cyclicBarrier.getParties(); i++){
            new Writer(cyclicBarrier).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(3000);
                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 (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

执行结果：

《JUC中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore》

 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。

另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：

public class CyclicBarrierDemo2 {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(4, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        for(int i = 0; i < cyclicBarrier.getParties(); i++){
                new Writer(cyclicBarrier).start();
        }

        Thread.sleep(25000);

        System.out.println("重用");
        for(int i = 0; i < cyclicBarrier.getParties(); i++){
            new Writer(cyclicBarrier).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);
                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 (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

执行结果：

《JUC中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore》

 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（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，若没有许可能够获得，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：

public class SemaphoreDemo {

    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 (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

 执行结果：

《JUC中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore》

　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。

    原文作者：JUC
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_21036901/article/details/81167071
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