JUC——CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore

CountDownLatch 是一个同步工具类,用来协调多个线程之间的同步,或者说起到线程之间的通信(而不是用作互斥的作用)。CountDownLatch 能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后,再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后,计数器的值就会减一。当计数器的值为0时,表示所有的线程都已经完成一些任务,然后在 CountDownLatch 上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

一、CountDownLatch 的用法


CountDownLatch 典型用法1:某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将 CountDownLatch 的计数器初始化为 new CountDownLatch(n),每当一个任务线程执行完毕,就将计数器减1 countdownLatch.countDown(),当计数器的值变为0时,在CountDownLatch 上 await() 的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时,主线程需要等待多个组件加载完毕,之后再继续执行。

CountDownLatch 典型用法2:实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性,不是并发,强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑,将多个线程放到起点,等待发令枪响,然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1),将其计算器初始化为1,多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await(),当主线程调用countDown()时,计数器变为0,多个线程同时被唤醒。

二、CountDownLatch的不足


CountDownLatch 是一次性的,计算器的值只能在构造方法中初始化一次,之后没有任何机制再次对其设置值,当CountDownLatch 使用完毕后,它不能再次被使用。

三、CountDownLatch(倒计时计算器)使用说明


方法说明:【1】 public void countDown():递减锁存器的计数,如果计数到达零,则释放所有等待的线程。如果当前计数大于零,则将计数减少;
【2】 public boolean await(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException:使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待,除非线程被中断或超出了指定的等待时间。如果当前计数为零,则此方法立刻返回 true 值;如果当前计数大于零,则出于线程调度目的,将禁用当前线程,且在发生以下三种情况之一前,该线程将一直出于休眠状态:由于调用 countDown() 方法,计数到达零;或者其他某个线程中断当前线程;或者已超出指定的等待时间。
   ■  如果计数到达零,则该方法返回 true值。
   ■  如果当前线程,在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态;或者在等待时被中断,则抛出 InterruptedException,并且清除当前线程的已中断状态。
   ■  如果超出了指定的等待时间,则返回值为 false。如果该时间小于等于零,则该方法根本不会等待。

参数: timeout:要等待的最长时间; unit-timeout:参数的时间单位;

返回:如果计数到达零,则返回 true;如果在计数到达零之前超过了等待时间,则返回 false;

抛出:InterruptedException 如果当前线程在等待时被中断;

四、代码案例演示


【1】、通过 CountDownLatch 让主线程等待子线程执行完成在执行。

public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
        for(int i=1;i<=3;i++){
            new Thread(()->{
                System.out.println("第"+ Thread.currentThread().getName() +"个线程");
                //减一
                countDownLatch.countDown();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        
        //通过 countDownLatch 阻塞主线程,调用await的线程会被阻塞。
        countDownLatch.await();
        System.out.println("主线程启动"+Thread.currentThread().getName());
    }
}

【2】、执行结果如下:
 

五、CyclicBarrier


CyclicBarrier 的作用于****CountDownLatch 相同。不同之处是,CountDownLatch 是从 n 到 0,而 CyclicBarrier 是从0 到 n。刚好相反的过程。CyclicBarrier 的字面意思是可循环(Cyclic)使用的屏障(Barrier)。
【1】CyclicBarrier 默认的构造方法是 CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程使用 await()方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞。
【2】CyclicBarrier 的另一个构造函数 CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction),用于线程到达屏障时,优先执行barrierAction,方便处理更复杂的业务场景。下面主要通过一段代码进行演示:

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3,()->{
            System.out.println("达到目标线程数后执行");
        });
        for (int i=1;i<=3;i++){
            new Thread(()->{
                System.out.println("第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程开始执行");
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程结束执行");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

【3】输入结果展示:
 

六、Semaphore


信号量(Semaphore):主要用于两个目的,一个是用于多个资源的互斥使用,另一个用于并发线程的控制。 常用于限制可以访问某些资源的线程数量。类似于线程池的概念,当线程达到线程最大值时,就需要等待(await)。直到有线程被释放时,才可以获取线程并执行任务。举个栗子如下:

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //最多只允许创建3个线程:举例:当前只有三个餐桌
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        //我们有6个线程需要执行。举例:当前有6个客人
        for(int i=1;i<=6;i++){
            new Thread(()->{
                try {
                    //获取创建的三个线程中的一个,有点线程池的意思
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("当前第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程==启动");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(6));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    System.out.println("当前第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程==结束");
                    //使用完后,将线程释放,供其他线程使用
                    semaphore.release();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

输入结果展示:对上述代码不管执行多少次,启动的线程数都不会超过自定义的数字(3)
 

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