CountDownLatch、Semaphore等4大併發工具類詳解

Java併發工具包

1.併發工具類

提供了比synchronized更加高級的各類同步結構：包括CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等，能夠實現更加豐富的多線程操做。

2.併發容器

提供各類線程安全的容器：最多見的ConcurrentHashMap、有序的ConcurrentSkipListMap,實現線程安全的動態數組CopyOnWriteArrayList等。

3.併發隊列

各類BlockingQueue的實現：經常使用的ArrayBlockingQueue、SynchorousQueue或針對特定場景的PriorityBlockingQueue。

4.Executor框架

能夠建立各類不一樣類型的線程池，調度任務運行等，絕大部分狀況下，再也不須要本身從頭實現線程池和任務調度器。

Java經常使用的併發容器

1.ConcurrentHashMap

常用的併發容器，JDK 1.7和1.8的底層數據結構發生了變化(後續文章會詳解)，這裏能夠建議學習順序以下：從Java7 HashMap -> Java7 ConcurrentHashMap -> Java8 HashMap -> Java8 ConcurrentHashMap，這樣能夠更好的掌握這個併發容器，畢竟都是從HashMap進化而來。

2.ConcurrentSkipListMap

在意順序，須要對數據進行很是頻繁的修改

3.CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器即寫時複製的容器。從JDK1.5開始Java併發包裏提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現的併發容器,CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。

4.各類併發隊列的實現

如各類BlockedQueue實現，比較典型的ArrayBlockingQueue、SynchorousQueue。

詳情請看：併發容器的原理，7大併發容器詳解、及使用場景

Java經常使用的併發工具類

1.CountDownLatch

1）功能

CountDownLatch是一個同步的輔助類，容許一個或多個線程，等待其餘一組線程完成操做，再繼續執行。

2）原理：

• CountDownLatch是經過一個計數器來實現的，計數器的初始值爲須要等待線程的數量。

  

• 主線程調用CountDownLatch的await()方法會阻塞當前線程(即:主線程在閉鎖上等待)，直到計數器的值爲0。
• 當一個工做線程完成了本身的任務後，調用CountDownLatch的countDown()方法，計數器的值就會減1。
• 當計數器值爲0時，說明全部的工做線程都執行完了，此時，在閉鎖上等待的主線程就能夠恢復執行任務。

3）應用場景

倒數計時器

例如：一種典型的場景就是火箭發射。在火箭發射前，爲了保證萬無一失，每每還要進行各項設備、儀器的檢查。 只有等全部檢查完畢後，引擎才能點火。這種場景就很是適合使用CountDownLatch。

它可使得點火線程，等待全部檢查線程所有完工後，再執行

4）使用方式

static final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);
end.countDown();
end.await();

5）示意圖：

2.CyclicBarrier

1）功能:

CyclicBarrier的字面意思是可循環使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要作的事情是，讓一組線程到達一個屏障（也能夠叫同步點）時被阻塞，直到最後一個線程到達屏障時，屏障纔會開門，全部被屏障攔截的線程纔會繼續運行。

和CountDownLatch類似，也是等待某些線程都作完之後再執行。

2）與CountDownLatch區別

在於這個計數器能夠反覆使用。好比，假設咱們將計數器設置爲10。那麼湊齊第一批1 0個線程後，計數器就會歸零，而後接着湊齊下一批10個線程。

3）原理

1)CyclicBarrier是經過一個計數器來實現的，計數器的初始值爲須要等待線程的數量。eg：CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2); // 等待線程的數量爲2

2)每一個線程調用CyclicBarrier的await()方法，使本身進入等待狀態。

3)當全部的線程都調用了CyclicBarrier的await()方法後，全部的線程中止等待，繼續運行。

4）使用方式

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
barrierAction就是當計數器一次計數完成後，系統會執行的動做
await()

5）示意圖：

3.信號量Semaphore

1）功能：Java提供了經典信號量Semaphore的實現，它經過控制必定數量的許可（permit）的方式，來達到限制通用資源訪問的目的。例如：控制併發的線程數。

2）原理：

1)Semaphore是經過一個計數器(記錄許可證的數量)來實現的，計數器的初始值爲須要等待線程的數量。

2)線程經過acquire()方法獲取許可證(計數器的值減1)，只有獲取到許可證才能夠繼續執行下去，不然阻塞當前線程。

3)線程經過release()方法歸還許可證(計數器的值加1)。

說明：使用tryAcquire()方法能夠當即獲得執行的結果：嘗試獲取一個許可證，若獲取成功，則當即返回true，若獲取失敗，則當即返回false。

3）應用場景：

Semaphore能夠用於作流量控制，特別是公用資源有限的應用場景，好比數據庫鏈接。

舉一個場景：例如在車站、機場等出租車時，當不少空出租車就位時，爲防止過分擁擠，調度員指揮排隊等待坐車的隊伍一次進來5我的上車，等這5我的坐車出發，再放進去下一批。這和Semaphore的工做原理有些相似。

4.交換者Exchanger

1）功能：Exchanger（交換者）是一個用於線程間協做的工具類。Exchanger用於進行線程間的數據交換。它提供一個同步點，在這個同步點兩個線程能夠交換彼此的數據。這兩個線程經過exchange方法交換數據，
若是第一個線程先執行exchange方法，它會一直等待第二個線程也執行exchange，當兩個線程都到達同步點時，這兩個線程就能夠交換數據，將本線程生產出來的數據傳遞給對方。

2）原理：

線程A調用public V exchange(V dataA)方法，線程A到達同步點，而且在線程B到達同步點前一直等待。

線程B調用public V exchange(V dataB)方法，線程B到達同步點。

線程A與線程B都達到同步點時，線程將本身的數據傳遞給對方，兩個線程完成了數據的交換了。

3）Exchanger的應用場景

Exchanger能夠用於校對工做的場景。