Java并發(fā)編程：CountDownLatch蔫劣、CyclicBarrier和Semaphore

Java并發(fā)編程：CountDownLatch丙笋、CyclicBarrier和Semaphore

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??在java 1.5中，提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進行并發(fā)編程茉继，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore蚀乔，今天我們就來學習一下這三個輔助類的用法烁竭。

一.CountDownLatch用法

??CountDownLatch類位于java.util.concurrent包下，利用它可以實現(xiàn)類似計數(shù)器的功能吉挣。比如有一個任務A派撕，它要等待其他4個任務執(zhí)行完畢之后才能執(zhí)行，此時就可以利用CountDownLatch來實現(xiàn)這種功能了睬魂。

??CountDownLatch類只提供了一個構(gòu)造器：

public CountDownLatch(int count) {  };  //參數(shù)count為計數(shù)值

然后下面這3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法：

public void await() throws InterruptedException { };   //調(diào)用await()方法的線程會被掛起终吼，它會等待直到count值為0才繼續(xù)執(zhí)行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //和await()類似，只不過等待一定的時間后count值還沒變?yōu)?的話就會繼續(xù)執(zhí)行
public void countDown() { };  //將count值減1

??下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：

public class Test {
     public static void main(String[] args) {   
         final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
          
         new Thread(){
             public void run() {
                 try {
                     System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"執(zhí)行完畢");
                    latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
             };
         }.start();
          
         new Thread(){
             public void run() {
                 try {
                     System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
                     Thread.sleep(3000);
                     System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"執(zhí)行完畢");
                     latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
             };
         }.start();
          
         try {
             System.out.println("等待2個子線程執(zhí)行完畢...");
            latch.await();
            System.out.println("2個子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢");
            System.out.println("繼續(xù)執(zhí)行主線程");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
     }
}

執(zhí)行結(jié)果：

線程Thread-0正在執(zhí)行
線程Thread-1正在執(zhí)行
等待2個子線程執(zhí)行完畢...
線程Thread-0執(zhí)行完畢
線程Thread-1執(zhí)行完畢
2個子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢
繼續(xù)執(zhí)行主線程

二.CyclicBarrier用法

??字面意思回環(huán)柵欄氯哮，通過它可以實現(xiàn)讓一組線程等待至某個狀態(tài)之后再全部同時執(zhí)行际跪。叫做回環(huán)是因為當所有等待線程都被釋放以后喉钢，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態(tài)就叫做barrier幔戏，當調(diào)用await()方法之后，線程就處于barrier了税课。

??CyclicBarrier類位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個構(gòu)造器：

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
}
 
public CyclicBarrier(int parties) {
}

??參數(shù)parties指讓多少個線程或者任務等待至barrier狀態(tài)韩玩；參數(shù)barrierAction為當這些線程都達到barrier狀態(tài)時會執(zhí)行的內(nèi)容。

??然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法找颓，它有2個重載版本：

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

??第一個版本比較常用合愈，用來掛起當前線程，直至所有線程都到達barrier狀態(tài)再同時執(zhí)行后續(xù)任務叮雳；

??第二個版本是讓這些線程等待至一定的時間帘不，如果還有線程沒有到達barrier狀態(tài)就直接讓到達barrier的線程執(zhí)行后續(xù)任務杨箭。

??下面舉幾個例子就明白了：

??假若有若干個線程都要進行寫數(shù)據(jù)操作，并且只有所有線程都完成寫數(shù)據(jù)操作之后，這些線程才能繼續(xù)做后面的事情辽狈，此時就可以利用CyclicBarrier了：

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("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢刮萌，等待其他線程寫入完畢");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有線程寫入完畢娘扩，繼續(xù)處理其他任務...");
        }
    }
}

??執(zhí)行結(jié)果：

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢涮阔，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢灰殴，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
所有線程寫入完畢伟阔，繼續(xù)處理其他任務...
所有線程寫入完畢掰伸，繼續(xù)處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...
所有線程寫入完畢娃承，繼續(xù)處理其他任務...

??從上面輸出結(jié)果可以看出怕篷，每個寫入線程執(zhí)行完寫數(shù)據(jù)操作之后，就在等待其他線程寫入操作完畢梳猪。

??當所有線程線程寫入操作完畢之后蒸痹，所有線程就繼續(xù)進行后續(xù)的操作了。

??如果說想在所有線程寫入操作完之后匿沛，進行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable參數(shù)：

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("當前線程"+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("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢逃呼，等待其他線程寫入完畢");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...");
        }
    }
}

??運行結(jié)果：

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢苏揣，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢推姻，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢吐葱，等待其他線程寫入完畢
當前線程Thread-3
所有線程寫入完畢校翔，繼續(xù)處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...
所有線程寫入完畢孟辑，繼續(xù)處理其他任務...
所有線程寫入完畢蔫敲，繼續(xù)處理其他任務...

??從結(jié)果可以看出，當四個線程都到達barrier狀態(tài)后貌虾，會從四個線程中選擇一個線程去執(zhí)行Runnable裙犹。

??下面看一下為await指定時間的效果：

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("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢叶圃，等待其他線程寫入完畢");
                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()+"所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...");
        }
    }
}

??執(zhí)行結(jié)果：

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢沉馆，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢德崭，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢眉厨，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-0所有線程寫入完畢缺猛，繼續(xù)處理其他任務...
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.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.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-2所有線程寫入完畢荔燎，繼續(xù)處理其他任務...
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-3所有線程寫入完畢琐簇，繼續(xù)處理其他任務...

??上面的代碼在main方法的for循環(huán)中座享，故意讓最后一個線程啟動延遲，因為在前面三個線程都達到barrier之后丈秩，等待了指定的時間發(fā)現(xiàn)第四個線程還沒有達到barrier淳衙，就拋出異常并繼續(xù)執(zhí)行后面的任務。

??另外CyclicBarrier是可以重用的肠牲，看下面這個例子：

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("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢缀雳，等待其他線程寫入完畢");
             
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有線程寫入完畢梢睛，繼續(xù)處理其他任務...");
        }
    }
}

??執(zhí)行結(jié)果：

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢绝葡，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢挤牛，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢墓赴，等待其他線程寫入完畢
Thread-0所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-3所有線程寫入完畢诫硕，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-1所有線程寫入完畢章办，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-2所有線程寫入完畢滨彻，繼續(xù)處理其他任務...
CyclicBarrier重用
線程Thread-4正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-5正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-6正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-7正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-7寫入數(shù)據(jù)完畢挪蹭，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-5寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-6寫入數(shù)據(jù)完畢辜羊，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-4寫入數(shù)據(jù)完畢词顾，等待其他線程寫入完畢
Thread-4所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-5所有線程寫入完畢昔驱，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-6所有線程寫入完畢上忍，繼續(xù)處理其他任務...
Thread-7所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務...

??從執(zhí)行結(jié)果可以看出萌衬，在初次的4個線程越過barrier狀態(tài)后它抱，又可以用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進行重復使用混移。

三.Semaphore用法

??Semaphore翻譯成字面意思為信號量侮穿，Semaphore可以控同時訪問的線程個數(shù)亲茅，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待克锣，而 release() 釋放一個許可。

??Semaphore類位于java.util.concurrent包下验残，它提供了2個構(gòu)造器：

public Semaphore(int permits) {          //參數(shù)permits表示許可數(shù)目巾乳，即同時可以允許多少線程進行訪問
    sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {    //這個多了一個參數(shù)fair表示是否是公平的，即等待時間越久的越先獲取許可
    sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

??下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法氨鹏，首先是acquire()喻犁、release()方法：

public void acquire() throws InterruptedException {  }     //獲取一個許可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }    //獲取permits個許可
public void release() { }          //釋放一個許可
public void release(int permits) { }    //釋放permits個許可

??acquire()用來獲取一個許可何缓，若無許可能夠獲得，則會一直等待传轰，直到獲得許可谷婆。

??release()用來釋放許可。注意期贫，在釋放許可之前异袄，必須先獲獲得許可。

??這4個方法都會被阻塞封孙，如果想立即得到執(zhí)行結(jié)果讽营，可以使用下面幾個方法：

public boolean tryAcquire() { };    //嘗試獲取一個許可，若獲取成功膜蠢，則立即返回true莉兰，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //嘗試獲取一個許可贪惹，若在指定的時間內(nèi)獲取成功寂嘉，則立即返回true枫绅，否則則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { }; //嘗試獲取permits個許可并淋，若獲取成功珍昨，則立即返回true，若獲取失敗兔毙，則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //嘗試獲取permits個許可兄春，若在指定的時間內(nèi)獲取成功，則立即返回true哑姚，否則則立即返回false

??另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數(shù)目芜茵。

??下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用：

??假若一個工廠有5臺機器，但是有8個工人绞佩，一臺機器同時只能被一個工人使用蒸辆，只有使用完了，其他工人才能繼續(xù)使用谆奥。那么我們就可以通過Semaphore來實現(xiàn)：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 8;            //工人數(shù)
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機器數(shù)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+"占用一個機器在生產(chǎn)...");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機器");
                semaphore.release();           
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

??執(zhí)行結(jié)果：

工人0占用一個機器在生產(chǎn)...
工人1占用一個機器在生產(chǎn)...
工人2占用一個機器在生產(chǎn)...
工人4占用一個機器在生產(chǎn)...
工人5占用一個機器在生產(chǎn)...
工人0釋放出機器
工人2釋放出機器
工人3占用一個機器在生產(chǎn)...
工人7占用一個機器在生產(chǎn)...
工人4釋放出機器
工人5釋放出機器
工人1釋放出機器
工人6占用一個機器在生產(chǎn)...
工人3釋放出機器
工人7釋放出機器
工人6釋放出機器

??下面對上面說的三個輔助類進行一個總結(jié)：

1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠?qū)崿F(xiàn)線程之間的等待酸些，只不過它們側(cè)重點不同：

CountDownLatch一般用于某個線程A等待若干個其他線程執(zhí)行完任務之后魄懂，它才執(zhí)行闯第；

而CyclicBarrier一般用于一組線程互相等待至某個狀態(tài)，然后這一組線程再同時執(zhí)行填帽；

另外，CountDownLatch是不能夠重用的篡腌，而CyclicBarrier是可以重用的嘹悼。

2）Semaphore其實和鎖有點類似，它一般用于控制對某組資源的訪問權(quán)限其监。

??參考資料：

??《Java編程思想》

??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