併發控制CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
在Java 1.5中，咱們除了可使用同步容器、併發容器、和阻塞隊列來實現併發編程外，Java還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（閉鎖），CyclicBarrier（循環柵欄）和Semaphore（信號量），今天咱們就來學習一下這三個輔助類的用法。java
一.CountDownLatch用法
CountDownLatch類位於Java.util.concurrent包下，利用它能夠實現延遲線程的進度，直到閉鎖達到終止狀態。閉鎖工做起來就像一道門，在閉鎖到達終止狀態以前，門是關閉的，沒有線程能經過；一旦到達終止狀態，門開了，全部線程都能經過，閉鎖的狀態會一直保持在敞開狀態。 CountDownLatch 能夠用來確保特定的活動在其餘活動完成以後才發生。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。 CountDownLatch類只提供了一個構造器：編程
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：併發
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：ide
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：學習
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
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：ui
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。 CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2個重載版本：this
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： 假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。線程
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：翻譯
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。 若是想在全部線程寫入操做完以後，進行某種只能由單線程運行的其餘操做（如統計總量等），能夠爲CyclicBarrier提供Runnable參數：code
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
併發編程輔助類總結
下面對上面說的三個輔助類進行一個總結：
- 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。
- 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。
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