Java併發編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

時間 2019-11-05

標籤 java 併發編程 countdownlatch cyclicbarrier semaphore 欄目 Java 简体版

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Java併發編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphorehtml

　　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。java

　　如下是本文目錄大綱：編程

　　一.CountDownLatch用法併發

　　二.CyclicBarrier用法ide

　　三.Semaphore用法學習

　　如有不正之處請多多諒解，並歡迎批評指正。ui

　　請尊重做者勞動成果，轉載請標明原文連接：this

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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。.net

　　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()方法的線程會被掛起，它會等待直到count值爲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

　　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

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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。

　　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。

　　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...

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　　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...

View Code

　　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...

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　　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...

View Code

　　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：

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。

　　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

View Code

　　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。

　　參考資料：

　　《Java編程思想》

　　http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html

　　http://leaver.me/archives/3220.html

　　http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm