CountDownLatch CyclicBarrier和 Semaphore

原理

• 基於AQS實現。
• 讓需要的暫時阻塞的線程，進入一個死循環裏面，得到某個條件後再退出循環，以此實現阻塞當前線程的效果。

CountDownLatch

• 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；
• CountDownLatch是不能夠重用的
• 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
  public void countDown() { }; //將count值減1

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
 

CyclicBarrier

• 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；
• 而CyclicBarrier是可以重用的

• 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。

• 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：

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作
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數據完畢，等待其他線程寫入完畢");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
        }
    }
}
//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-3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
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...

Semaphore

• 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。
• 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。
• 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：

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+"占用一個機器在生產...");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機器");
                semaphore.release();           
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

CountDownLatch CyclicBarrier和 Semaphore