Java中的并发工具类

等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

public class JoinCountDownLatchTest {

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("parser1 finish");
			}
		});
		Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("parser2 finish");
			}
		});
		parser1.start();
		parser2.start();
		parser1.join();
		parser2.join();
		System.out.println("all parser finish");
	}
}

join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。

public class CountDownLatchTest {

	static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println(1);
				c.countDown();
				System.out.println(2);
				c.countDown();
			}
		}).start();
		c.await();
		System.out.println("3");
	}
}

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。
当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。如果有某个解析sheet的线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使
用另外一个带指定时间的await方法——await（long time，TimeUnit unit），这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。

同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。
CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier（int parties，Runnable barrier-Action），用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。

public class CyclicBarrierTest {

	static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2,new A());

	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {
					c.await();
				} catch (Exception e) {
				}
				System.out.println(1);
			}
		}).start();
		try {
			c.await();
		} catch (Exception e) {
		}
		System.out.println(2);
	}

	static class A implements Runnable {
		@Override
		public void run() {
			System.out.println(3);
		}
	}
}

CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。例如，用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个Sheet保存一个账户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个sheet里的银行流水，都执行完之后，得到每个sheet的日
均银行流水，最后，再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水，代码如下：

public class BankWaterService implements Runnable {

	/**
	 * 创建4个屏障，处理完之后执行当前类的run方法
	 */
	private CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4, this);
	/**
	 * 保存每个sheet计算出的银流结果
	 */
	private ConcurrentHashMap<String, Integer> sheetBankWaterCount = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();
	/**
	 * 假设只有4个sheet，所以只启动4个线程
	 */
	private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

	public void count() {
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			executor.execute(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					// 计算当前sheet的银流数据，计算代码省略
					sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(), 2);
					// 银流计算完成，插入一个屏障
					try {
						c.await();
					} catch (Exception e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
		}
	}

	/**
	 * 线程汇总计算结果
	 */
	@Override
	public void run() {
		int result = 0;
		// 汇总每个sheet计算出的结果
		for (Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) {
			result += sheet.getValue();
		}
		// 将结果输出
		sheetBankWaterCount.put("result", result);
		System.out.println(result);
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		BankWaterService bankWaterService = new BankWaterService();
		bankWaterService.count();
	}

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。

控制并发线程数的Semaphore

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

public class SemaphoreTest {
	private static final int THREAD_COUNT = 30;
	private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
	private static Semaphore s = new Semaphore(10);

	public static void main(String[] args) {
		for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
			threadPool.execute(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						s.acquire();
						System.out.println("save data");
						s.release();
					} catch (InterruptedException e) {
					}
				}
			});
		}
		threadPool.shutdown();
	}
}

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore（10）表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

线程间交换数据的Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也
执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

public class ExchangerTest {
	private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();
	private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

	public static void main(String[] args) {
		threadPool.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {
					String A = "银行流水A";// A录入银行流水数据
					exgr.exchange(A);
				} catch (InterruptedException e) {
				}
			}
		});
		threadPool.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {
					String B = "银行流水B";// B录入银行流水数据
					String A = exgr.exchange(B);
					System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是：" + A + "，B录入是：" + B);
				} catch (InterruptedException e) {
				}
			}
		});
		threadPool.shutdown();
	}
}

如果两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange（V x，longtimeout，TimeUnit unit）设置最大等待时长。