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

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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)
複製代碼

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：
複製代碼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()
複製代碼//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)
複製代碼

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();
            }
        });
    }
}
複製代碼
}
複製代碼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();
            }
        });
    }
}
複製代碼輸出結果： 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 CyclicBarrier 是能夠複用的。