java並發--CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
阿新 • • 發佈：2017-10-18
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在java 1.5中，提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進行並發編程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我們就來學習一下這三個輔助類的用法。
以下是本文目錄大綱：
一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法
轉載原文鏈接：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
一.CountDownLatch用法
CountDownLatch類位於java.util.concurrent包下，利用它可以實現類似計數器的功能。比如有一個任務A，它要等待其他4個任務執行完畢之後才能執行，此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了。
CountDownLatch類只提供了一個構造器：
public CountDownLatch(int count) { }; //參數count為計數值
然後下面這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值為0才繼續執行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //和await()類似，只不過等待一定的時間後count值還沒變為0的話就會繼續執行
下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
4
5 new Thread(){
6 public void run() {
7 try
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View Code
二.CyclicBarrier用法
字面意思回環柵欄，通過它可以實現讓一組線程等待至某個狀態之後再全部同時執行。叫做回環是因為當所有等待線程都被釋放以後，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態就叫做barrier，當調用await()方法之後，線程就處於barrier了。
CyclicBarrier類位於java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個構造器：
1 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
2 }
3
4 public CyclicBarrier(int parties) {
5 }
參數parties指讓多少個線程或者任務等待至barrier狀態；參數barrierAction為當這些線程都達到barrier狀態時會執行的內容。
然後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 { };
第一個版本比較常用，用來掛起當前線程，直至所有線程都到達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一定的時間，如果還有線程沒有到達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：
假若有若幹個線程都要進行寫數據操作，並且只有所有線程都完成寫數據操作之後，這些線程才能繼續做後面的事情，此時就可以利用CyclicBarrier了：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
5 for(int i=0;i<N;i++)
6 new Writer(barrier).start();
7 }
8 static class Writer extends Thread{
9 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
10 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
11 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
12 }
13
14 @Override
15 public void run() {
16 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
17 try {
18 Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入數據操作
19 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢");
20 cyclicBarrier.await();
21 } catch (InterruptedException e) {
22 e.printStackTrace();
23 }catch(BrokenBarrierException e){
24 e.printStackTrace();
25 }
26 System.out.println("所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
27 }
28 }
29 }
執行結果
1 線程Thread-0正在寫入數據...
2 線程Thread-3正在寫入數據...
3 線程Thread-2正在寫入數據...
4 線程Thread-1正在寫入數據...
5 線程Thread-2寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
6 線程Thread-0寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
7 線程Thread-3寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
8 線程Thread-1寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
9 所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
10 所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
11 所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
12 所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
View Code
從上面輸出結果可以看出，每個寫入線程執行完寫數據操作之後，就在等待其他線程寫入操作完畢。
當所有線程線程寫入操作完畢之後，所有線程就繼續進行後續的操作了。
如果說想在所有線程寫入操作完之後，進行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable參數：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
5 @Override
6 public void run() {
7 System.out.println("當前線程"+Thread.currentThread().getName());
8 }
9 });
10
11 for(int i=0;i<N;i++)
12 new Writer(barrier).start();
13 }
14 static class Writer extends Thread{
15 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
16 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
17 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
18 }
19
20 @Override
21 public void run() {
22 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
23 try {
24 Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入數據操作
25 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢");
26 cyclicBarrier.await();
27 } catch (InterruptedException e) {
28 e.printStackTrace();
29 }catch(BrokenBarrierException e){
30 e.printStackTrace();
31 }
32 System.out.println("所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
33 }
34 }
35 }
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，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
當前線程Thread-3
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
View Code
從結果可以看出，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。
下面看一下為await指定時間的效果：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
5
6 for(int i=0;i<N;i++) {
7 if(i<N-1)
8 new Writer(barrier).start();
9 else {
10 try {
11 Thread.sleep(5000);
12 } catch (InterruptedException e) {
13 e.printStackTrace();
14 }
15 new Writer(barrier).start();
16 }
17 }
18 }
19 static class Writer extends Thread{
20 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
21 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
22 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
23 }
24
25 @Override
26 public void run() {
27 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
28 try {
29 Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入數據操作
30 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢");
31 try {
32 cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
33 } catch (TimeoutException e) {
34 // TODO Auto-generated catch block
35 e.printStackTrace();
36 }
37 } catch (InterruptedException e) {
38 e.printStackTrace();
39 }catch(BrokenBarrierException e){
40 e.printStackTrace();
41 }
42 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
43 }
44 }
45 }
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，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3正在寫入數據...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-0所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
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$Writer.run(Test.java:58)
Thread-2所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
線程Thread-3寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-3所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
View Code
上面的代碼在main方法的for循環中，故意讓最後一個線程啟動延遲，因為在前面三個線程都達到barrier之後，等待了指定的時間發現第四個線程還沒有達到barrier，就拋出異常並繼續執行後面的任務。
另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個例子：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
5
6 for(int i=0;i<N;i++) {
7 new Writer(barrier).start();
8 }
9
10 try {
11 Thread.sleep(25000);
12 } catch (InterruptedException e) {
13 e.printStackTrace();
14 }
15
16 System.out.println("CyclicBarrier重用");
17
18 for(int i=0;i<N;i++) {
19 new Writer(barrier).start();
20 }
21 }
22 static class Writer extends Thread{
23 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
24 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
25 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
26 }
27
28 @Override
29 public void run() {
30 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數據...");
31 try {
32 Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入數據操作
33 System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢");
34
35 cyclicBarrier.await();
36 } catch (InterruptedException e) {
37 e.printStackTrace();
38 }catch(BrokenBarrierException e){
39 e.printStackTrace();
40 }
41 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
42 }
43 }
44 }
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，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
Thread-0所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-3所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-1所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-2所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
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，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-5寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-6寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-4寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢
Thread-4所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-5所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-6所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
Thread-7所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
View Code
從執行結果可以看出，在初次的4個線程越過barrier狀態後，又可以用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進行重復使用。
三.Semaphore用法
Semaphore翻譯成字面意思為 信號量，Semaphore可以控同時訪問的線程個數，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，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：
1 public Semaphore(int permits) { //參數permits表示許可數目，即同時可以允許多少線程進行訪問
2 sync = new NonfairSync(permits);
3 }
4 public Semaphore(int permits, boolean fair) { //這個多了一個參數fair表示是否是公平的，即等待時間越久的越先獲取許可
5 sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
6 }
下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法，首先是acquire()、release()方法：
1 public void acquire() throws InterruptedException { } //獲取一個許可
2 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //獲取permits個許可
3 public void release() { } //釋放一個許可
4 public void release(int permits) { } //釋放permits個許可
acquire()用來獲取一個許可，若無許可能夠獲得，則會一直等待，直到獲得許可。
release()用來釋放許可。註意，在釋放許可之前，必須先獲獲得許可。
這4個方法都會被阻塞，如果想立即得到執行結果，可以使用下面幾個方法：
1 public boolean tryAcquire() { }; //嘗試獲取一個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
2 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，則立即返回true，否則則立即返回false
3 public boolean tryAcquire(int permits) { }; //嘗試獲取permits個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
4 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，則立即返回true，否則則立即返回false
另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數目。
下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用：
假若一個工廠有5臺機器，但是有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，其他工人才能繼續使用。那麽我們就可以通過Semaphore來實現：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 8; //工人數
4 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機器數目
5 for(int i=0;i<N;i++)
6 new Worker(i,semaphore).start();
7 }
8
9 static class Worker extends Thread{
10 private int num;
11 private Semaphore semaphore;
12 public Worker(int num,Semaphore semaphore){
13 this.num = num;
14 this.semaphore = semaphore;
15 }
16
17 @Override
18 public void run() {
19 try {
20 semaphore.acquire();
21 System.out.println("工人"+this.num+"占用一個機器在生產...");
22 Thread.sleep(2000);
23 System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機器");
24 semaphore.release();
25 } catch (InterruptedException e) {
26 e.printStackTrace();
27 }
28 }
29 }
30 }
工人0占用一個機器在生產...
工人1占用一個機器在生產...
工人2占用一個機器在生產...
工人4占用一個機器在生產...
工人5占用一個機器在生產...
工人0釋放出機器
工人2釋放出機器
工人3占用一個機器在生產...
工人7占用一個機器在生產...
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占用一個機器在生產...
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都能夠實現線程之間的等待，只不過它們側重點不同：
CountDownLatch一般用於某個線程A等待若幹個其他線程執行完任務之後，它才執行；
而CyclicBarrier一般用於一組線程互相等待至某個狀態，然後這一組線程再同時執行；
另外，CountDownLatch是不能夠重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
2）Semaphore其實和鎖有點類似，它一般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
http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329
http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5780740
http://www.cnblogs.com/whgw/archive/2011/09/29/2195555.html
java並發--CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore