大白話說java併發工具類-CountDownLatch，CyclicBarrier

1. 倒計時器CountDownLatch

在多線程協做完成業務功能時，有時候須要等待其餘多個線程完成任務以後，主線程才能繼續往下執行業務功能，在這種的業務場景下，一般可使用Thread類的join方法，讓主線程等待被join的線程執行完以後，主線程才能繼續往下執行。固然，使用線程間消息通訊機制也能夠完成。其實，java併發工具類中爲咱們提供了相似「倒計時」這樣的工具類，能夠十分方便的完成所說的這種業務場景。

爲了可以理解CountDownLatch，舉一個很通俗的例子，運動員進行跑步比賽時，假設有6個運動員參與比賽，裁判員在終點會爲這6個運動員分別計時，能夠想象沒當一個運動員到達終點的時候，對於裁判員來講就少了一個計時任務。直到全部運動員都到達終點了，裁判員的任務也才完成。這6個運動員能夠類比成6個線程，當線程調用CountDownLatch.countDown方法時就會對計數器的值減一，直到計數器的值爲0的時候，裁判員（調用await方法的線程）才能繼續往下執行。

下面來看些CountDownLatch的一些重要方法。

先從CountDownLatch的構造方法看起：

public CountDownLatch(int count)

構造方法會傳入一個整型數N，以後調用CountDownLatch的countDown方法會對N減一，知道N減到0的時候，當前調用await方法的線程繼續執行。

CountDownLatch的方法不是不少，將它們一個個列舉出來：

1. await() throws InterruptedException：調用該方法的線程等到構造方法傳入的N減到0的時候，才能繼續往下執行；
2. await(long timeout, TimeUnit unit)：與上面的await方法功能一致，只不過這裏有了時間限制，調用該方法的線程等到指定的timeout時間後，無論N是否減至爲0，都會繼續往下執行；
3. countDown()：使CountDownLatch初始值N減1；
4. long getCount()：獲取當前CountDownLatch維護的值；

下面用一個具體的例子來講明CountDownLatch的具體用法:

public class CountDownLatchDemo {
private static CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
//用來表示裁判員須要維護的是6個運動員
private static CountDownLatch endSignal = new CountDownLatch(6);

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(6);
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        executorService.execute(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 運動員等待裁判員響哨！！！");
                startSignal.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在全力衝刺");
                endSignal.countDown();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  到達終點");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
    System.out.println("裁判員發號施令啦！！！");
    startSignal.countDown();
    endSignal.await();
    System.out.println("全部運動員到達終點，比賽結束！");
    executorService.shutdown();
}
}
輸出結果：

pool-1-thread-2 運動員等待裁判員響哨！！！
pool-1-thread-3 運動員等待裁判員響哨！！！
pool-1-thread-1 運動員等待裁判員響哨！！！
pool-1-thread-4 運動員等待裁判員響哨！！！
pool-1-thread-5 運動員等待裁判員響哨！！！
pool-1-thread-6 運動員等待裁判員響哨！！！
裁判員發號施令啦！！！
pool-1-thread-2正在全力衝刺
pool-1-thread-2  到達終點
pool-1-thread-3正在全力衝刺
pool-1-thread-3  到達終點
pool-1-thread-1正在全力衝刺
pool-1-thread-1  到達終點
pool-1-thread-4正在全力衝刺
pool-1-thread-4  到達終點
pool-1-thread-5正在全力衝刺
pool-1-thread-5  到達終點
pool-1-thread-6正在全力衝刺
pool-1-thread-6  到達終點
全部運動員到達終點，比賽結束！

該示例代碼中設置了兩個CountDownLatch，第一個endSignal用於控制讓main線程（裁判員）必須等到其餘線程（運動員）讓CountDownLatch維護的數值N減到0爲止。另外一個startSignal用於讓main線程對其餘線程進行「發號施令」，startSignal引用的CountDownLatch初始值爲1，而其餘線程執行的run方法中都會先經過 startSignal.await()讓這些線程都被阻塞，直到main線程經過調用startSignal.countDown();，將值N減1，CountDownLatch維護的數值N爲0後，其餘線程才能往下執行，而且，每一個線程執行的run方法中都會經過endSignal.countDown();對endSignal維護的數值進行減一，因爲往線程池提交了6個任務，會被減6次，因此endSignal維護的值最終會變爲0，所以main線程在latch.await();阻塞結束，才能繼續往下執行。

另外，須要注意的是，當調用CountDownLatch的countDown方法時，當前線程是不會被阻塞，會繼續往下執行，好比在該例中會繼續輸出pool-1-thread-4 到達終點。

2. 循環柵欄：CyclicBarrier

CyclicBarrier也是一種多線程併發控制的實用工具，和CountDownLatch同樣具備等待計數的功能，可是相比於CountDownLatch功能更增強大。

爲了理解CyclicBarrier，這裏舉一個通俗的例子。開運動會時，會有跑步這一項運動，咱們來模擬下運動員入場時的狀況，假設有6條跑道，在比賽開始時，就須要6個運動員在比賽開始的時候都站在起點了，裁判員吹哨後才能開始跑步。跑道起點就至關於「barrier」，是臨界點，而這6個運動員就類比成線程的話，就是這6個線程都必須到達指定點了，意味着湊齊了一波，而後才能繼續執行，不然每一個線程都得阻塞等待，直至湊齊一波便可。cyclic是循環的意思，也就是說CyclicBarrier當多個線程湊齊了一波以後，仍然有效，能夠繼續湊齊下一波。CyclicBarrier的執行示意圖以下：

 

CyclicBarrier執行示意圖.jpg

當多個線程都達到了指定點後，才能繼續往下繼續執行。這就有點像報數的感受，假設6個線程就至關於6個運動員，到賽道起點時會報數進行統計，若是恰好是6的話，這一波就湊齊了，才能往下執行。CyclicBarrier在使用一次後，下面依然有效，能夠繼續當作計數器使用，這是與CountDownLatch的區別之一。這裏的6個線程，也就是計數器的初始值6，是經過CyclicBarrier的構造方法傳入的。

下面來看下CyclicBarrier的主要方法：

//等到全部的線程都到達指定的臨界點
await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException 

//與上面的await方法功能基本一致，只不過這裏有超時限制，阻塞等待直至到達超時時間爲止
await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, 
BrokenBarrierException, TimeoutException 

//獲取當前有多少個線程阻塞等待在臨界點上
int getNumberWaiting()

//用於查詢阻塞等待的線程是否被中斷
boolean isBroken()

    
//將屏障重置爲初始狀態。若是當前有線程正在臨界點等待的話，將拋出BrokenBarrierException。
void reset()

另外須要注意的是，CyclicBarrier提供了這樣的構造方法：

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

能夠用來，當指定的線程都到達了指定的臨界點的時，接下來執行的操做能夠由barrierAction傳入便可。

一個例子

下面用一個簡單的例子，來看下CyclicBarrier的用法，咱們來模擬下上面的運動員的例子。

public class CyclicBarrierDemo {
    //指定必須有6個運動員到達才行
    private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(6, () -> {
        System.out.println("全部運動員入場，裁判員一聲令下！！！！！");
    });
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("運動員準備進場，全場歡呼............");

        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6);
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            service.execute(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 運動員，進場");
                    barrier.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  運動員出發");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }

}

輸出結果：
運動員準備進場，全場歡呼............
pool-1-thread-2 運動員，進場
pool-1-thread-1 運動員，進場
pool-1-thread-3 運動員，進場
pool-1-thread-4 運動員，進場
pool-1-thread-5 運動員，進場
pool-1-thread-6 運動員，進場
全部運動員入場，裁判員一聲令下！！！！！
pool-1-thread-6  運動員出發
pool-1-thread-1  運動員出發
pool-1-thread-5  運動員出發
pool-1-thread-4  運動員出發
pool-1-thread-3  運動員出發
pool-1-thread-2  運動員出發

從輸出結果能夠看出，當6個運動員（線程）都到達了指定的臨界點（barrier）時候，才能繼續往下執行，不然，則會阻塞等待在調用await()處

3. CountDownLatch與CyclicBarrier的比較

CountDownLatch與CyclicBarrier都是用於控制併發的工具類，均可以理解成維護的就是一個計數器，可是這二者仍是各有不一樣側重點的：

1. 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；CountDownLatch強調一個線程等多個線程完成某件事情。CyclicBarrier是多個線程互等，等你們都完成，再攜手共進。
2. 調用CountDownLatch的countDown方法後，當前線程並不會阻塞，會繼續往下執行；而調用CyclicBarrier的await方法，會阻塞當前線程，直到CyclicBarrier指定的線程所有都到達了指定點的時候，才能繼續往下執行；
3. CountDownLatch方法比較少，操做比較簡單，而CyclicBarrier提供的方法更多，好比可以經過getNumberWaiting()，isBroken()這些方法獲取當前多個線程的狀態，而且CyclicBarrier的構造方法能夠傳入barrierAction，指定當全部線程都到達時執行的業務功能；
4. CountDownLatch是不能複用的，而CyclicLatch是能夠複用的。