Java併發編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

時間 2019-11-19

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Java併發編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphorejava

　　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。編程

　　如下是本文目錄大綱：併發

　　一.CountDownLatch用法ide

　　二.CyclicBarrier用法學習

　　三.Semaphore用法　　ui

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。this

　　CountDownLatch類只提供了一個構造器：spa

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：線程

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：翻譯

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：

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) {

}

而後CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2個重載版本：　　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。

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };

public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

　　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。　　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；

　　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：

　　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：

　　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：

　　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：

　　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);

}

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

　　下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法，首先是acquire()、release()方法：

　　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

　　下面經過一個例子來看一下Semaphore的具體使用：　　另外還能夠經過availablePermits()方法獲得可用的許可數目。

　　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：

　　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。