Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
CountDownLatch
A synchronization aid that allows one or more threads to wait until
- a set of operations being performed in other threads completes.
翻译：CountDownLatch是一个异步辅助类，它能让一个和多个线程处于等待状态，直到其他线程完成了一些列操作。
比如某个线程需要其他线程执行完毕才能执行其他的：
public void await() throws InterruptedException { }; //调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行
public void countDown() { }; //将count值减1
例子如下：
public class CountDownLautchTest {
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
new Thread(() -> {
System.out.println("子线程1执行开始");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子线程1执行结束");
latch.countDown();
}).start();
new Thread(() -> {
System.out.println("子线程2执行开始");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子线程2执行结束");
latch.countDown();
}).start();
try {
latch.await();
System.out.println("所有子线程执行完毕了。。。");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
执行结果：
子线程1执行开始
子线程2执行开始
子线程1执行结束
子线程2执行结束
所有子线程执行完毕了。。。
CyclicBarrier用法
A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for each other to reach a common barrier point. CyclicBarriers are useful in programs involving a fixed sized party of threads that must occasionally wait for each other. The barrier is called cyclic because it can be re-used after the waiting threads are released.
翻译：回环栏栅这个类，让所有的现场都去相互等待，知道它们都到达了一个栏栅的点。
字面意思回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
}
public CyclicBarrier(int parties) {
}
参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。
CyclicBarrier最重要的是中最重要的方法就是await方法，
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务；
public class CyclicBarrierTest1 {
public static void main(String[] args) {
final int N = 4;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
for (int i=0;i<N;i++){
new Thread(new Writer(barrier)).start();
}
}
static class Writer implements Runnable {
CyclicBarrier barrier;
public Writer(CyclicBarrier barrier) {
this.barrier = barrier;
}
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "开始读写数据");
try {
Thread.sleep(4000);
System.out.println(name + "结束读写数据");
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name + "所以线程都读取完毕，开始其他的操作");
}
}
}
控制台打印：
Thread-0开始读写数据
Thread-1开始读写数据
Thread-2开始读写数据
Thread-3开始读写数据
Thread-0结束读写数据
Thread-1结束读写数据
Thread-3结束读写数据
Thread-2结束读写数据
Thread-2所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Thread-1所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Thread-0所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Thread-3所以线程都读取完毕，开始其他的操作
从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。
当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。
如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：
public class CyclicBarrierTest2 {
public static void main(String[] args) {
final int N = 4;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
@Override
public void run() {
String name=Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name +"barrier Runnable");
}
});
for (int i=0;i<N;i++){
new Thread(new CyclicBarrierTest1.Writer(barrier)).start();
}
}
static class Writer implements Runnable {
CyclicBarrier barrier;
public Writer(CyclicBarrier barrier) {
this.barrier = barrier;
}
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "开始读写数据");
try {
Thread.sleep(4000);
System.out.println(name + "结束读写数据");
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name + "所以线程都读取完毕，开始其他的操作");
}
}
}
控制台打印：
Thread-0开始读写数据
Thread-1开始读写数据
Thread-2开始读写数据
Thread-3开始读写数据
Thread-0结束读写数据
Thread-1结束读写数据
Thread-3结束读写数据
Thread-2结束读写数据
Thread-2barrier Runnable
Thread-2所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Thread-1所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Thread-0所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Thread-3所以线程都读取完毕，开始其他的操作
Semaphore
A counting semaphore. Conceptually, a semaphore maintains a set of
- permits. Each {@link #acquire} blocks if necessary until a permit is
- available, and then takes it. Each {@link #release} adds a permit,
- potentially releasing a blocking acquirer.
- However, no actual permit objects are used; the {@code Semaphore} just
- keeps a count of the number available and acts accordingly.
翻译：计数信号量从概念上讲，信号量维护着一组信号许可证。 每个{@link #acquire}都会根据需要进行阻止，直到获得许可可用，然后把它。 每个{@link #release}都会添加一个许可证，潜在地释放阻止的收购方。但是，没有使用实际的许可证对象; 只是信号量而已保持可用数量的计数，并采取相应的行动。
Semaphore翻译成字面意思为 信号量，Semaphore可以控同时访问的线程个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。
public Semaphore(int permits) { //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) { //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可
sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
public void acquire() throws InterruptedException {
} //获取一个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
} //获取permits个许可
public void release() {
} //释放一个许可
public void release(int permits) {
} //释放permits个许可
acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。
release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。
这4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法：
public boolean tryAcquire() { }; //尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { }; //尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可，若在
另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。
public class SemaphoreTest {
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore=new Semaphore(3);
for (int i=0;i<10;i++ ){
new Thread(new Worker(semaphore,i)).start();
}
}
static class Worker implements Runnable{
Semaphore semaphore;
int num;
public Worker(Semaphore semaphore,int i){
this.semaphore=semaphore;
this.num=i;
}
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
下面对上面说的三个辅助类进行一个总结：
- CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：
CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；
而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；
另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
- Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。
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