java併發編程工具類輔助類：CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore

時間 2019-11-12

標籤 java 併發編程工具輔助 countdownlatch cyclicbarrier semaphore 欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

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

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。學習

CountDownLatch類只提供了一個構造器：ui

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

執行結果：

1 線程Thread-0正在執行
2 線程Thread-1正在執行
3 等待2個子線程執行完畢...
4 線程Thread-0執行完畢
5 線程Thread-1執行完畢
6 2個子線程已經執行完畢
7 繼續執行主線程

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。this

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

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

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。.net

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

1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
2 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 public class Test {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         int N = 4;
 4         CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
 5         for(int i=0;i<N;i++)
 6             new Writer(barrier).start();
 7     }
 8     static class Writer extends Thread{
 9         private CyclicBarrier cyclicBarrier;
10         public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
11             this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
12         }
13  
14         @Override
15         public void run() {
16             System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
17             try {
18                 Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數據操做
19                 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢");
20                 cyclicBarrier.await();
21             } catch (InterruptedException e) {
22                 e.printStackTrace();
23             }catch(BrokenBarrierException e){
24                 e.printStackTrace();
25             }
26             System.out.println("全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...");
27         }
28     }
29 }

執行結果：

 1 線程Thread-0正在寫入數據...
 2 線程Thread-3正在寫入數據...
 3 線程Thread-2正在寫入數據...
 4 線程Thread-1正在寫入數據...
 5 線程Thread-2寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 6 線程Thread-0寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 7 線程Thread-3寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 8 線程Thread-1寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 9 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
10 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
11 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
12 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...

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 public class Test {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         int N = 4;
 4         CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
 5             @Override
 6             public void run() {
 7                 System.out.println("當前線程"+Thread.currentThread().getName());  
 8             }
 9         });
10  
11         for(int i=0;i<N;i++)
12             new Writer(barrier).start();
13     }
14     static class Writer extends Thread{
15         private CyclicBarrier cyclicBarrier;
16         public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
17             this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
18         }
19  
20         @Override
21         public void run() {
22             System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
23             try {
24                 Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數據操做
25                 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢");
26                 cyclicBarrier.await();
27             } catch (InterruptedException e) {
28                 e.printStackTrace();
29             }catch(BrokenBarrierException e){
30                 e.printStackTrace();
31             }
32             System.out.println("全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...");
33         }
34     }
35 }

運行結果：

 1 線程Thread-0正在寫入數據...
 2 線程Thread-1正在寫入數據...
 3 線程Thread-2正在寫入數據...
 4 線程Thread-3正在寫入數據...
 5 線程Thread-0寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 6 線程Thread-1寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 7 線程Thread-2寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 8 線程Thread-3寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 9 當前線程Thread-3
10 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
11 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
12 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
13 全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...

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 public class Test {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         int N = 4;
 4         CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
 5  
 6         for(int i=0;i<N;i++) {
 7             if(i<N-1)
 8                 new Writer(barrier).start();
 9             else {
10                 try {
11                     Thread.sleep(5000);
12                 } catch (InterruptedException e) {
13                     e.printStackTrace();
14                 }
15                 new Writer(barrier).start();
16             }
17         }
18     }
19     static class Writer extends Thread{
20         private CyclicBarrier cyclicBarrier;
21         public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
22             this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
23         }
24  
25         @Override
26         public void run() {
27             System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
28             try {
29                 Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數據操做
30                 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢");
31                 try {
32                     cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
33                 } catch (TimeoutException e) {
34                     // TODO Auto-generated catch block
35                     e.printStackTrace();
36                 }
37             } catch (InterruptedException e) {
38                 e.printStackTrace();
39             }catch(BrokenBarrierException e){
40                 e.printStackTrace();
41             }
42             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...");
43         }
44     }
45 }

執行結果：

 1 線程Thread-0正在寫入數據...
 2 線程Thread-2正在寫入數據...
 3 線程Thread-1正在寫入數據...
 4 線程Thread-2寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 5 線程Thread-0寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 6 線程Thread-1寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 7 線程Thread-3正在寫入數據...
 8 java.util.concurrent.TimeoutException
 9 Thread-1全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
10 Thread-0全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
11     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
12     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
13     at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
14 java.util.concurrent.BrokenBarrierException
15     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
16     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
17     at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
18 java.util.concurrent.BrokenBarrierException
19     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
20     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
21     at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
22 Thread-2全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
23 java.util.concurrent.BrokenBarrierException
24 線程Thread-3寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
25     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
26     at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
27     at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
28 Thread-3全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...

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 public class Test {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         int N = 4;
 4         CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
 5  
 6         for(int i=0;i<N;i++) {
 7             new Writer(barrier).start();
 8         }
 9  
10         try {
11             Thread.sleep(25000);
12         } catch (InterruptedException e) {
13             e.printStackTrace();
14         }
15  
16         System.out.println("CyclicBarrier重用");
17  
18         for(int i=0;i<N;i++) {
19             new Writer(barrier).start();
20         }
21     }
22     static class Writer extends Thread{
23         private CyclicBarrier cyclicBarrier;
24         public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
25             this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
26         }
27  
28         @Override
29         public void run() {
30             System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
31             try {
32                 Thread.sleep(5000);      //以睡眠來模擬寫入數據操做
33                 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢");
34  
35                 cyclicBarrier.await();
36             } catch (InterruptedException e) {
37                 e.printStackTrace();
38             }catch(BrokenBarrierException e){
39                 e.printStackTrace();
40             }
41             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...");
42         }
43     }
44 }
45

執行結果：

 1 線程Thread-0正在寫入數據...
 2 線程Thread-1正在寫入數據...
 3 線程Thread-3正在寫入數據...
 4 線程Thread-2正在寫入數據...
 5 線程Thread-1寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 6 線程Thread-3寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 7 線程Thread-2寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 8 線程Thread-0寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
 9 Thread-0全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
10 Thread-3全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
11 Thread-1全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
12 Thread-2全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
13 CyclicBarrier重用
14 線程Thread-4正在寫入數據...
15 線程Thread-5正在寫入數據...
16 線程Thread-6正在寫入數據...
17 線程Thread-7正在寫入數據...
18 線程Thread-7寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
19 線程Thread-5寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
20 線程Thread-6寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
21 線程Thread-4寫入數據完畢，等待其餘線程寫入完畢
22 Thread-4全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
23 Thread-5全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
24 Thread-6全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...
25 Thread-7全部線程寫入完畢，繼續處理其餘任務...

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 ublic 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
2     sync = new NonfairSync(permits);
3 }
4 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
5     sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
6 }

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 public void acquire() throws InterruptedException {  }     //獲取一個許可
2 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }    //獲取permits個許可
3 public void release() { }          //釋放一個許可
4 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 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
2 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
3 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
4 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 public class Test {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         int N = 8;            //工人數
 4         Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機器數目
 5         for(int i=0;i<N;i++)
 6             new Worker(i,semaphore).start();
 7     }
 8  
 9     static class Worker extends Thread{
10         private int num;
11         private Semaphore semaphore;
12         public Worker(int num,Semaphore semaphore){
13             this.num = num;
14             this.semaphore = semaphore;
15         }
16  
17         @Override
18         public void run() {
19             try {
20                 semaphore.acquire();
21                 System.out.println("工人"+this.num+"佔用一個機器在生產...");
22                 Thread.sleep(2000);
23                 System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機器");
24                 semaphore.release();          
25             } catch (InterruptedException e) {
26                 e.printStackTrace();
27             }
28         }
29     }
30 }

執行結果：

 1 工人0佔用一個機器在生產...
 2 工人1佔用一個機器在生產...
 3 工人2佔用一個機器在生產...
 4 工人4佔用一個機器在生產...
 5 工人5佔用一個機器在生產...
 6 工人0釋放出機器
 7 工人2釋放出機器
 8 工人3佔用一個機器在生產...
 9 工人7佔用一個機器在生產...
10 工人4釋放出機器
11 工人5釋放出機器
12 工人1釋放出機器
13 工人6佔用一個機器在生產...
14 工人3釋放出機器
15 工人7釋放出機器
16 工人6釋放出機器