Java併發編程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

在java 1.5中,提供了一些很是有用的輔助類來幫助咱們進行併發編程,好比CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore,今天咱們就來學習一下這三個輔助類的用法。javascript

  如下是本文目錄大綱:html

  一.CountDownLatch用法java

  二.CyclicBarrier用法編程

  三.Semaphore用法併發

  如有不正之處請多多諒解,並歡迎批評指正。ide

  請尊重做者勞動成果,轉載請標明原文連接:學習

  http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.htmlui

  

一.CountDownLatch用法

  CountDownLatch類位於java.util.concurrent包下,利用它能夠實現相似計數器的功能。好比有一個任務A,它要等待其餘4個任務執行完畢以後才能執行,此時就能夠利用CountDownLatch來實現這種功能了。this

  CountDownLatch類只提供了一個構造器:spa

?
1
public CountDownLatch( int count) {  };  //參數count爲計數值

   而後下面這3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法:

?
1
2
3
public void await() throws InterruptedException { };   //調用await()方法的線程會被掛起,它會等待直到count值爲0才繼續執行
public boolean await( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //和await()相似,只不過等待必定的時間後count值還沒變爲0的話就會繼續執行
public void countDown() { };  //將count值減1

   下面看一個例子你們就清楚CountDownLatch的用法了:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
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()+ "正在執行" );
                     Thread.sleep( 3000 );
                     System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "執行完畢" );
                     latch.countDown();
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
              };
          }.start();
           
          new Thread(){
              public void run() {
                  try {
                      System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在執行" );
                      Thread.sleep( 3000 );
                      System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "執行完畢" );
                      latch.countDown();
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
              };
          }.start();
           
          try {
              System.out.println( "等待2個子線程執行完畢..." );
             latch.await();
             System.out.println( "2個子線程已經執行完畢" );
             System.out.println( "繼續執行主線程" );
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     
}

   執行結果:

線程Thread-0正在執行
線程Thread-1正在執行 等待2個子線程執行完畢... 線程Thread-0執行完畢 線程Thread-1執行完畢 2個子線程已經執行完畢 繼續執行主線程
View Code

二.CyclicBarrier用法

  字面意思迴環柵欄,經過它能夠實現讓一組線程等待至某個狀態以後再所有同時執行。叫作迴環是由於當全部等待線程都被釋放之後,CyclicBarrier能夠被重用。咱們暫且把這個狀態就叫作barrier,當調用await()方法以後,線程就處於barrier了。

  CyclicBarrier類位於java.util.concurrent包下,CyclicBarrier提供2個構造器:

?
1
2
3
4
5
public CyclicBarrier( int parties, Runnable barrierAction) {
}
  
public CyclicBarrier( int parties) {
}

  參數parties指讓多少個線程或者任務等待至barrier狀態;參數barrierAction爲當這些線程都達到barrier狀態時會執行的內容。

  而後CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2個重載版本:

?
1
2
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

   第一個版本比較經常使用,用來掛起當前線程,直至全部線程都到達barrier狀態再同時執行後續任務;

  第二個版本是讓這些線程等待至必定的時間,若是還有線程沒有到達barrier狀態就直接讓到達barrier的線程執行後續任務。

  下面舉幾個例子就明白了:

  倘若有若干個線程都要進行寫數據操做,而且只有全部線程都完成寫數據操做以後,這些線程才能繼續作後面的事情,此時就能夠利用CyclicBarrier了:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
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()+ "正在寫入數據..." );
             try {
                 Thread.sleep( 5000 );      //以睡眠來模擬寫入數據操做
                 System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢" );
                 cyclicBarrier.await();
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             } catch (BrokenBarrierException e){
                 e.printStackTrace();
             }
             System.out.println( "全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務..." );
         }
     }
}

   執行結果:

複製代碼
線程Thread-0正在寫入數據...
線程Thread-3正在寫入數據... 線程Thread-2正在寫入數據... 線程Thread-1正在寫入數據... 線程Thread-2寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-0寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-3寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-1寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務...
複製代碼

  從上面輸出結果能夠看出,每一個寫入線程執行完寫數據操做以後,就在等待其餘線程寫入操做完畢。

  當全部線程線程寫入操做完畢以後,全部線程就繼續進行後續的操做了。

  若是說想在全部線程寫入操做完以後,進行額外的其餘操做能夠爲CyclicBarrier提供Runnable參數:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
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()+ "正在寫入數據..." );
             try {
                 Thread.sleep( 5000 );      //以睡眠來模擬寫入數據操做
                 System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢" );
                 cyclicBarrier.await();
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             } catch (BrokenBarrierException e){
                 e.printStackTrace();
             }
             System.out.println( "全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務..." );
         }
     }
}

   運行結果:

線程Thread-0正在寫入數據...
線程Thread-1正在寫入數據... 線程Thread-2正在寫入數據... 線程Thread-3正在寫入數據... 線程Thread-0寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-1寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-2寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-3寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 當前線程Thread-3 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務...
View Code

  從結果能夠看出,當四個線程都到達barrier狀態後,會從四個線程中選擇一個線程去執行Runnable。

   下面看一下爲await指定時間的效果:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
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()+ "正在寫入數據..." );
             try {
                 Thread.sleep( 5000 );      //以睡眠來模擬寫入數據操做
                 System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢" );
                 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()+ "全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務..." );
         }
     }
}

   執行結果:

複製代碼
線程Thread-0正在寫入數據...
線程Thread-2正在寫入數據... 線程Thread-1正在寫入數據... 線程Thread-2寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-0寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-1寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-3正在寫入數據... java.util.concurrent.TimeoutException Thread-1全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-0全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... 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$Writer.run(Test.java:58) Thread-2全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... java.util.concurrent.BrokenBarrierException 線程Thread-3寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) Thread-3全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務...
複製代碼

  上面的代碼在main方法的for循環中,故意讓最後一個線程啓動延遲,由於在前面三個線程都達到barrier以後,等待了指定的時間發現第四個線程尚未達到barrier,就拋出異常並繼續執行後面的任務。

  另外CyclicBarrier是能夠重用的,看下面這個例子:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
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()+ "正在寫入數據..." );
             try {
                 Thread.sleep( 5000 );      //以睡眠來模擬寫入數據操做
                 System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢" );
              
                 cyclicBarrier.await();
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             } catch (BrokenBarrierException e){
                 e.printStackTrace();
             }
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務..." );
         }
     }
}

   執行結果:

複製代碼
線程Thread-0正在寫入數據...
線程Thread-1正在寫入數據... 線程Thread-3正在寫入數據... 線程Thread-2正在寫入數據... 線程Thread-1寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-3寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-2寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-0寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 Thread-0全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-3全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-1全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-2全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... CyclicBarrier重用 線程Thread-4正在寫入數據... 線程Thread-5正在寫入數據... 線程Thread-6正在寫入數據... 線程Thread-7正在寫入數據... 線程Thread-7寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-5寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-6寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 線程Thread-4寫入數據完畢,等待其餘線程寫入完畢 Thread-4全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-5全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-6全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務... Thread-7全部線程寫入完畢,繼續處理其餘任務...
複製代碼

  從執行結果能夠看出,在初次的4個線程越過barrier狀態後,又能夠用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch沒法進行重複使用。

三.Semaphore用法

  Semaphore翻譯成字面意思爲 信號量,Semaphore能夠控同時訪問的線程個數,經過 acquire() 獲取一個許可,若是沒有就等待,而 release() 釋放一個許可。

  Semaphore類位於java.util.concurrent包下,它提供了2個構造器:

?
1
2
3
4
5
6
public Semaphore( int permits) {          //參數permits表示許可數目,即同時能夠容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fair表示是不是公平的,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,首先是acquire()、release()方法:

?
1
2
3
4
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,若無許可可以得到,則會一直等待,直到得到許可。

  release()用來釋放許可。注意,在釋放許可以前,必須先獲得到許可。

  這4個方法都會被阻塞,若是想當即獲得執行結果,可使用下面幾個方法:

?
1
2
3
4
public boolean tryAcquire() { };    //嘗試獲取一個許可,若獲取成功,則當即返回true,若獲取失敗,則當即返回false
public boolean tryAcquire( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //嘗試獲取一個許可,若在指定的時間內獲取成功,則當即返回true,不然則當即返回false
public boolean tryAcquire( int permits) { }; //嘗試獲取permits個許可,若獲取成功,則當即返回true,若獲取失敗,則當即返回false
public boolean tryAcquire( int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //嘗試獲取permits個許可,若在指定的時間內獲取成功,則當即返回true,不然則當即返回false

   另外還能夠經過availablePermits()方法獲得可用的許可數目。

  下面經過一個例子來看一下Semaphore的具體使用:

  倘若一個工廠有5臺機器,可是有8個工人,一臺機器同時只能被一個工人使用,只有使用完了,其餘工人才能繼續使用。那麼咱們就能夠經過Semaphore來實現:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
public class Test {
     public static void main(String[] args) {
         int N = 8 ;            //工人數
         Semaphore semaphore = new Semaphore( 5 ); //機器數目
         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+ "佔用一個機器在生產..." );
                 Thread.sleep( 2000 );
                 System.out.println( "工人" + this .num+ "釋放出機器" );
                 semaphore.release();            
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
}

    執行結果:

複製代碼
工人0佔用一個機器在生產...
工人1佔用一個機器在生產...
工人2佔用一個機器在生產...
工人4佔用一個機器在生產...
工人5佔用一個機器在生產...
工人0釋放出機器
工人2釋放出機器
工人3佔用一個機器在生產...
工人7佔用一個機器在生產...
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佔用一個機器在生產...
工人3釋放出機器
工人7釋放出機器
工人6釋放出機器
複製代碼

  

  下面對上面說的三個輔助類進行一個總結:

  1)CountDownLatch和CyclicBarrier都可以實現線程之間的等待,只不過它們側重點不一樣:

    CountDownLatch通常用於某個線程A等待若干個其餘線程執行完任務以後,它才執行;

    而CyclicBarrier通常用於一組線程互相等待至某個狀態,而後這一組線程再同時執行;

    另外,CountDownLatch是不可以重用的,而CyclicBarrier是能夠重用的。

  2)Semaphore其實和鎖有點相似,它通常用於控制對某組資源的訪問權限。

相關文章
相關標籤/搜索