14-Java併發程式設計:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
Java併發程式設計:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
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併發程式設計,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
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) { }; //引數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 { }; //呼叫await()方法的執行緒會被掛起,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 public void countDown() { }; //將count值減1
下面看一個例子大家就清楚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("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); Thread.sleep(3000); System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢"); latch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); new Thread(){ public void run() { try { System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); Thread.sleep(3000); System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢"); latch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); try { System.out.println("等待2個子執行緒執行完畢..."); latch.await(); System.out.println("2個子執行緒已經執行完畢"); System.out.println("繼續執行主執行緒"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
執行結果:
執行緒Thread-0正在執行
執行緒Thread-1正在執行
等待2個子執行緒執行完畢...
執行緒Thread-0執行完畢
執行緒Thread-1執行完畢
2個子執行緒已經執行完畢
繼續執行主執行緒
二.CyclicBarrier用法
字面意思迴環柵欄,通過它可以實現讓一組執行緒等待至某個狀態之後再全部同時執行。叫做迴環是因為當所有等待執行緒都被釋放以後,CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態就叫做barrier,當呼叫await()方法之後,執行緒就處於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) {
}
引數parties指讓多少個執行緒或者任務等待至barrier狀態;引數barrierAction為當這些執行緒都達到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個過載版本:
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,用來掛起當前執行緒,直至所有執行緒都到達barrier狀態再同時執行後續任務;
第二個版本是讓這些執行緒等待至一定的時間,如果還有執行緒沒有到達barrier狀態就直接讓到達barrier的執行緒執行後續任務。
下面舉幾個例子就明白了:
假若有若干個執行緒都要進行寫資料操作,並且只有所有執行緒都完成寫資料操作之後,這些執行緒才能繼續做後面的事情,此時就可以利用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("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料...");
try {
Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作
System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢");
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}catch(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...");
}
}
}
執行結果:
執行緒Thread-0正在寫入資料...
執行緒Thread-3正在寫入資料...
執行緒Thread-2正在寫入資料...
執行緒Thread-1正在寫入資料...
執行緒Thread-2寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-0寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-3寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-1寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
從上面輸出結果可以看出,每個寫入執行緒執行完寫資料操作之後,就在等待其他執行緒寫入操作完畢。
當所有執行緒執行緒寫入操作完畢之後,所有執行緒就繼續進行後續的操作了。
如果說想在所有執行緒寫入操作完之後,進行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable引數:
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("當前執行緒"+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("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料...");
try {
Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作
System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢");
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}catch(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...");
}
}
}
執行結果:
執行緒Thread-0正在寫入資料...
執行緒Thread-1正在寫入資料...
執行緒Thread-2正在寫入資料...
執行緒Thread-3正在寫入資料...
執行緒Thread-0寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-1寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-2寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-3寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
當前執行緒Thread-3
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
從結果可以看出,當四個執行緒都到達barrier狀態後,會從四個執行緒中選擇一個執行緒去執行Runnable。
下面看一下為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("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料...");
try {
Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作
System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢");
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()+"所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...");
}
}
}
執行結果:
執行緒Thread-0正在寫入資料...
執行緒Thread-2正在寫入資料...
執行緒Thread-1正在寫入資料...
執行緒Thread-2寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-0寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-1寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-3正在寫入資料...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-0所有執行緒寫入完畢,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$Writer.run(Test.java:58)
Thread-2所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
執行緒Thread-3寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-3所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
上面的程式碼在main方法的for迴圈中,故意讓最後一個執行緒啟動延遲,因為在前面三個執行緒都達到barrier之後,等待了指定的時間發現第四個執行緒還沒有達到barrier,就丟擲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:
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("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料...");
try {
Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作
System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢");
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}catch(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...");
}
}
}
執行結果:
執行緒Thread-0正在寫入資料...
執行緒Thread-1正在寫入資料...
執行緒Thread-3正在寫入資料...
執行緒Thread-2正在寫入資料...
執行緒Thread-1寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-3寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-2寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-0寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
Thread-0所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-3所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-1所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-2所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
CyclicBarrier重用
執行緒Thread-4正在寫入資料...
執行緒Thread-5正在寫入資料...
執行緒Thread-6正在寫入資料...
執行緒Thread-7正在寫入資料...
執行緒Thread-7寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-5寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-6寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
執行緒Thread-4寫入資料完畢,等待其他執行緒寫入完畢
Thread-4所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-5所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-6所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
Thread-7所有執行緒寫入完畢,繼續處理其他任務...
從執行結果可以看出,在初次的4個執行緒越過barrier狀態後,又可以用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進行重複使用。
三.Semaphore用法
Semaphore翻譯成字面意思為 訊號量,Semaphore可以控同時訪問的執行緒個數,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:
public Semaphore(int permits) { //引數permits表示許可數目,即同時可以允許多少執行緒進行訪問
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) { //這個多了一個引數fair表示是否是公平的,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,若無許可能夠獲得,則會一直等待,直到獲得許可。
release()用來釋放許可。注意,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:
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
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
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
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。那麼我們就可以通過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
下面對上面說的三個輔助類進行一個總結:
1)CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠實現執行緒之間的等待,只不過它們側重點不同:
CountDownLatch一般用於某個執行緒A等待若干個其他執行緒執行完任務之後,它才執行;
而CyclicBarrier一般用於一組執行緒互相等待至某個狀態,然後這一組執行緒再同時執行;
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許可權。
參考資料:
《Java程式設計思想》