java_并发编程09CyclicBarrier_CountDownLatch_Semaphore

JUC 中的同步器三个主要的成员:CountDownLatch、CyclicBarrier 和Semaphore。这三个是 JUC 中较为常用的同步器,通过它们可以方便地实现很多线程之间协作的功能。

一.闭锁CountDownLatch

场景

1)、运动会中赛跑项目,之后所有的赛跑运动员准备好了,此时裁判才能宣布该赛跑项目正式开始,裁判才能打出发信枪;当参与此次赛跑项目的所有的运动员都跑完了,此次赛跑项目才能算结束,才能统计出比赛名次。
。。。。等等
就是所有的准备好了,才能开始;或者是所有的都结束了,才能算结束。

基础

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:

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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() thows InterruptedException{     };   //调用await()方法的线程会被挂起,它会等待直到count为0时才继续执行
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-1

应用举例

CountDownLatch的用法

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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();
}
}
}

执行结果:

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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

二.栅栏CyclicBarrier

场景

适合的业务场景,比如
1)、,现有一大任务,需要得到全年的统计数据的,这个工作量是巨大的,那么可以将其分割为12个月的子任务,各个子任务相互独立,当所有子任务完成了,则就可以进行全年统计了,这样大大提升了统计效率。
2)、大家一起去郊游,由于大家住的地方比较分散,故需要一个集合点之后一起出发,这样大家才能玩得开心嘛。
就是当有一个大任务时,需要分配多个子任务去执行,只有当所有的子任务都执行完成后,才能执行主任务。

基础

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){ }

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 { };

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。

应用举例

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...");
}
}
}

执行结果:

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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...

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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int N = 4;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());
}
});

当四个线程都到达barrier状态后,会由最后一个线程去执行Runnable。
另外CyclicBarrier是可以重用的,而CountDownLatch无法进行重复使用。

三.信号量Semaphore

场景

适合的业务场景,比如
1)、当有10个人去上茅厕,但是只有5个坑,即只能同时5个人使用,只有当一个人不使用坑了,另一个人才能使用该空闲的坑,一直维持着只能同时5个人使用。
2)、当停车场来了100辆车时,但是只有30个停车位,即只能同时提供30个车辆停放,只有当一辆车开走了,另一辆车才能进入该空闲的停车位,一直维持着只能同时提供30个停车位。
就是同时只能提供有限的,走一个才能进一个。

基础

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);
}

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

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

另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

四.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

CyclicBarrier、CountDownLatch与Semaphore的小记:https://www.cnblogs.com/xiaoxian1369/p/5394733.html
CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore的区别:https://blog.csdn.net/koobee1/article/details/79606816

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