Java併發編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

時間  2019-12-08
標籤 java 併發 編程 countdownlatch cyclicbarrier semaphore 欄目 Java 简体版
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　　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。html

　　如下是本文目錄大綱：java

　　一.CountDownLatch用法編程

　　二.CyclicBarrier用法併發

　　三.Semaphore用法ide

　　如有不正之處請多多諒解，並歡迎批評指正。學習

　　請尊重做者勞動成果，轉載請標明原文連接：ui

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

　　

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。spa

　　CountDownLatch類只提供了一個構造器：線程

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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：

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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：

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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：

複製代碼 
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
複製代碼

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：

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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：

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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：

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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( "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：

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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：

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-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...
複製代碼

　　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：

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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++) {
             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：

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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();
         }
         
         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：

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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：

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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：

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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：

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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。

　　參考資料：

　　《Java編程思想》

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