Java中的併發工具類(CountDownLatch、CyclicBarrie、Exchanger)

在JDK的併發包裏提供了不少有意思的併發工具類。CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore 工具類提供了一種併發流程控制的手段，Exchanger 工具類則提供了在線程間交換數據的一種手段。

 

1.等待多線程完成的 CountDownLatch

CountDownLatch容許一個或多個線程等待其餘線程完成操做。

其實最簡單的作噶是使用join()方法，join用於讓當前執行線程等待join線程執行結束。其實現原理是不停檢查join線程是否存活，若是join線程存活則讓當前線程永遠等待。其中，wait(0) 表示永遠等待下去，代碼片斷以下：

while (isAlive()) {
 wait(0);
 }

知道線程停止後，線程的 this.notifyAll() 方法被調用，調用 notifyAll() 方法是在 JVM裏實現的，因此在JDK裏看不到，你們能夠查看JVM源碼。

在JDK1.5以後的併發包CountDownLatch也能夠實現join的功能，而且功能更多，更強大。

示例代碼：

 

運行結果：

1
2
3

CountDownLatch的構造方法接收一個int類型的參數做爲計數器，若是你想等待N個點完成，這裏就傳入N。

當咱們調用CountDownLatch的countDown()方法時，N就會減1，CountDownLatch的 await() 方法會阻塞當前線程，直到N變成零。因爲countDown()方法能夠用在任何地方，因此這裏說的N個點，也能夠是N個線程。用在多個線程時，你只須要把這個CountDownLatch的引用傳遞到線程裏。

若是有某個線程處理的比較慢，咱們不可能讓主線程一直等待，因此咱們可使用另一個帶指定時間的await方法，await(long time, TimeUnit unit)， 這個方法等待特定時間後，就會再也不阻塞當前線程。join也有相似的方法。

注意：計數器必須大於等於0，只是等於0時候，計數器就是零，調用await方法時不會阻塞當前線程。CountDownLatch不可能從新初始化或者修改CountDownLatch對象的內部計數器的值。一個線程調用countDown方法 happen-before 另一個線程調用await方法。

2.同步屏障CyclicBarrier

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。

2.1 構造方法

CyclicBarrier默認的構造方法是CyclicBarrier(int parties)，其參數表示屏障攔截的線程數量，每一個線程調用await方法告訴CyclicBarrier我已經到達了屏障，而後當前線程被阻塞。

示例代碼：

 

運行結果：

1
2

或者

2
1

若是把new CyclicBarrier(2)修改爲new CyclicBarrier(3)則主線程和子線程會永遠等待，由於沒有第三個線程執行await方法，即沒有第三個線程到達屏障，因此以前到達屏障的兩個線程都不會繼續執行

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CyclicBarrier還提供一個更高級的構造函數CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用於在線程到達屏障時，優先執行barrierAction，方便處理更復雜的業務場景。

示例代碼：

 

運行結果：

3
1
2

2.2 應用場景

CyclicBarrier能夠用於多線程計算數據，最後合併計算結果的應用場景。好比咱們用一個Excel保存了用戶全部銀行流水，每一個Sheet保存一個賬戶近一年的每筆銀行流水，如今須要統計用戶的日均銀行流水，先用多線程處理每一個sheet裏的銀行流水，都執行完以後，獲得每一個sheet的日均銀行流水，最後，再用barrierAction用這些線程的計算結果，計算出整個Excel的日均銀行流水。

2.3 CyclicBarrier和CountDownLatch的區別

CountDownLatch的計數器只能使用一次。而CyclicBarrier的計數器可使用reset() 方法重置。因此CyclicBarrier能處理更爲複雜的業務場景，例如，若是計算髮生錯誤，能夠重置計數器，並讓線程們從新執行一次。

CyclicBarrier還提供其餘有用的方法，好比getNumberWaiting方法能夠得到CyclicBarrier阻塞的線程數量。isBroken方法用來知道阻塞的線程是否被中斷。

示例代碼：

 

運行結果：

true

3.控制併發線程數的Semaphore

3.1 做用

Semaphore（信號量）是用來控制同時訪問特定資源的線程數量，它經過協調各個線程，以保證合理的使用公共資源。

3.2 簡介

Semaphore也是一個線程同步的輔助類，能夠維護當前訪問自身的線程個數，並提供了同步機制。使用Semaphore能夠控制同時訪問資源的線程個數，例如，實現一個文件容許的併發訪問數。

3.3 應用場景

Semaphore能夠用於作流量控制，特別公用資源有限的應用場景，好比數據庫鏈接。假若有一個需求，要讀取幾萬個文件的數據，由於都是IO密集型任務，咱們能夠啓動幾十個線程併發的讀取，可是若是讀到內存後，還須要存儲到數據庫中，而數據庫的鏈接數只有10個，這時咱們必須控制只有十個線程同時獲取數據庫鏈接保存數據，不然會報錯沒法獲取數據庫鏈接。這個時候，咱們就可使用Semaphore來作流控，代碼以下：

 

在代碼中，雖然有30個線程在執行，可是隻容許10個併發的執行。Semaphore的構造方法Semaphore(int permits) 接受一個整型的數字，表示可用的許可證數量。Semaphore(10)表示容許10個線程獲取許可證，也就是最大併發數是10。Semaphore的用法也很簡單，首先線程使用Semaphore的acquire()獲取一個許可證，使用完以後調用release()歸還許可證。還能夠用tryAcquire()方法嘗試獲取許可證。

3.4 其餘方法

Semaphore還提供一些其餘方法：

• int availablePermits() ：返回此信號量中當前可用的許可證數。
• int getQueueLength()：返回正在等待獲取許可證的線程數。
• boolean hasQueuedThreads() ：是否有線程正在等待獲取許可證。
• void reducePermits(int reduction) ：減小reduction個許可證。是個protected方法。
• Collection getQueuedThreads() ：返回全部等待獲取許可證的線程集合。是個protected方法。

4.線程間交換數據的Exchanger

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。

應用場景

一、Exchanger能夠用於遺傳算法，遺傳算法裏須要選出兩我的做爲交配對象，這時候會交換兩人的數據，並使用交叉規則得出2個交配結果。

二、Exchanger也能夠用於校對工做。好比咱們須要將紙製銀流經過人工的方式錄入成電子銀行流水，爲了不錯誤，採用AB崗兩人進行錄入，錄入到Excel以後，系統須要加載這兩個Excel，並對這兩個Excel數據進行校對，看看是否錄入的一致。代碼以下：

 

運行結果：

在B中獲取到錄入的A是：銀行流水A

若是兩個線程有一個沒有到達exchange方法，則會一直等待,若是擔憂有特殊狀況發生，避免一直等待，可使用exchange(V data, long time, TimeUnit unit)設置最大等待時長。

參考

《Java併發編程的藝術》方、魏、程著