Java併發編程： CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore

java 1.5提供了一些很是有用的輔助類來幫助併發編程，好比CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore。

一、CountDownLatch –主線程阻塞等待，最後完成統計

CountDownLatch能夠實現相似計數器的功能。

好比一個任務A，要等待其餘4個任務執行完後才能執行，能夠利用CountDownLatch來實現。

1.一、  Api

CountDownLatch類只提供了一個構造器：   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： public void await() throws InterruptedException { };   // 調用await()線程會被掛起，等待count值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

 

1.二、  舉例

下面看一個例子你們就清楚CountDownLatch的用法了： 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

1.三、  場景

當調用await方法以後，主線程阻塞， 隨後每次其餘線程調用countDown的時候，將state減1， 直到計數器爲0的時候，主線程繼續執行。   1.並行計算：把任務分配給不一樣線程以後須要等待全部線程計算完成以後主線程才能彙總獲得最終結果 2.模擬併發：能夠做爲併發次數的統計變量，當任意多個線程執行完成併發任務以後統計一次便可

 

二、CyclicBarrier– 穩定併發數控制

信號量是一個能阻塞線程且能控制統一時間請求的併發量的工具。好比能保證同時執行的線程最多200個，模擬出穩定的併發量。

2.一、api

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。 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：   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：     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。

 

2.二、舉例

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：   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：   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... 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：   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... 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：   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：   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... 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：   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：   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... 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

3.一、Api

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：   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：   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：   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。

 

3.二、舉例

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：   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：   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 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。