Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore_countdownlatch、cyclicbarrier 和 semaphore说一下?-优快云博客

本文介绍了Java并发编程中的三个重要工具：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore的使用方法及应用场景。CountDownLatch用于一个线程等待多个线程完成任务；CyclicBarrier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；Semaphore用于控制对某组资源的访问权限。

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在java 1.5中，提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。

以下是本文目录大纲：

一.CountDownLatch用法

二.CyclicBarrier用法

三.Semaphore用法

一.CountDownLatch用法

CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

CountDownLatch类只提供了一个构造器：

public CountDownLatch(intcount) { }; //参数count为计数值

然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：

//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

publicvoid await() throwsInterruptedException { };
//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
publicboolean await(longtimeout, TimeUnit unit) throwsInterruptedException { };
publicvoid countDown() { }; //将count值减1

下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：

 
    publicclass Test {
     publicstatic void main(String[] args) {   
         finalCountDownLatch latch = newCountDownLatch(2);
 
         newThread(){
             publicvoid run() {
                 try{
                     System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                    latch.countDown();
                }catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
             };
         }.start();
 
         newThread(){
             publicvoid run() {
                 try{
                     System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                     Thread.sleep(3000);
                     System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                     latch.countDown();
                }catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
             };
         }.start();
 
         try{
             System.out.println("等待2个子线程执行完毕...");
            latch.await();
            System.out.println("2个子线程已经执行完毕");
            System.out.println("继续执行主线程");
        }catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
     }
}
 
   

执行结果：

 
    线程Thread-0正在执行
线程Thread-1正在执行
等待2个子线程执行完毕...
线程Thread-0执行完毕
线程Thread-1执行完毕
2个子线程已经执行完毕
继续执行主线程
 
   

二.CyclicBarrier用法

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。

CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：

publicCyclicBarrier(intparties, Runnable barrierAction) {
}
publicCyclicBarrier(intparties) {
}
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。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：
publicint await() throwsInterruptedException, BrokenBarrierException { };
publicint await(longtimeout, TimeUnit unit)throwsInterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
第一个版本比较常用，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；
第二个版本是让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。
下面举几个例子就明白了：
假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：
publicclass Test {
publicstatic void main(String[] args) {
intN = 4;
CyclicBarrier barrier = newCyclicBarrier(N);
for(inti=0;i<N;i++)
newWriter(barrier).start();
}
staticclass Writer extendsThread{
privateCyclicBarrier cyclicBarrier;
publicWriter(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
publicvoid run() {
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
try{
Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
cyclicBarrier.await();
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}catch(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
}
}
}

执行结果：

 
    线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
 
   

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：

 
    publicclass Test {
    publicstatic void main(String[] args) {
        intN = 4;
        CyclicBarrier barrier  = newCyclicBarrier(N,newRunnable() {
            @Override
            publicvoid run() {
                System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());  
            }
        });
 
        for(inti=0;i<N;i++)
            newWriter(barrier).start();
    }
    staticclass Writer extendsThread{
        privateCyclicBarrier cyclicBarrier;
        publicWriter(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        publicvoid run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try{
                Thread.sleep(5000);     //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                cyclicBarrier.await();
            }catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}
 
   

运行结果：

 
    线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
当前线程Thread-3
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
 
   

从结果可以看出，当四个线程都到达barrier状态后，会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。

下面看一下为await指定时间的效果：

 
    publicclass Test {
    publicstatic void main(String[] args) {
        intN = 4;
        CyclicBarrier barrier  = newCyclicBarrier(N);
 
        for(inti=0;i<N;i++) {
            if(i<N-1)
                newWriter(barrier).start();
            else{
                try{
                    Thread.sleep(5000);
                }catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                newWriter(barrier).start();
            }
        }
    }
    staticclass Writer extendsThread{
        privateCyclicBarrier cyclicBarrier;
        publicWriter(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        publicvoid run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try{
                Thread.sleep(5000);     //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                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()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}
 
   

执行结果：

 
    线程Thread-0正在写入数据... 
   

 
    线程Thread-2正在写入数据... 
   

 
    线程Thread-1正在写入数据... 
   

 
    线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 
   

 
    线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 
   

 
    线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 
   

 
    线程Thread-3正在写入数据... 
   

 
    java.util.concurrent.TimeoutException 
   

 
    Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 
   

 
    Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 
   

 
        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所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 
   

 
    java.util.concurrent.BrokenBarrierException 
   

 
    线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 
   

 
        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所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 
   

上面的代码在main方法的for循环中，故意让最后一个线程启动延迟，因为在前面三个线程都达到barrier之后，等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier，就抛出异常并继续执行后面的任务。

另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：

 
    publicclass Test {
    publicstatic void main(String[] args) {
        intN = 4;
        CyclicBarrier barrier  = newCyclicBarrier(N);
 
        for(inti=0;i<N;i++) {
            newWriter(barrier).start();
        }
 
        try{
            Thread.sleep(25000);
        }catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println("CyclicBarrier重用");
 
        for(inti=0;i<N;i++) {
            newWriter(barrier).start();
        }
    }
    staticclass Writer extendsThread{
        privateCyclicBarrier cyclicBarrier;
        publicWriter(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        publicvoid run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try{
                Thread.sleep(5000);     //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
 
                cyclicBarrier.await();
            }catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}
 
   

执行结果：

 
    线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
CyclicBarrier重用
线程Thread-4正在写入数据...
线程Thread-5正在写入数据...
线程Thread-6正在写入数据...
线程Thread-7正在写入数据...
线程Thread-7写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-5写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
Thread-4所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-5所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
Thread-7所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
 
   

从执行结果可以看出，在初次的4个线程越过barrier状态后，又可以用来进行新一轮的使用。而CountDownLatch无法进行重复使用。

三.Semaphore用法

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。

Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：

//参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问

 
    publicSemaphore(intpermits) {          
    sync = newNonfairSync(permits);
 }
//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
publicSemaphore(intpermits, booleanfair) {    
    sync = (fair)? newFairSync(permits) : newNonfairSync(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：

 
    publicvoid acquire() throwsInterruptedException {  }     //获取一个许可
publicvoid acquire(intpermits) throwsInterruptedException { }    //获取permits个许可
publicvoid release() { }          //释放一个许可
publicvoid release(intpermits) { }    //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：

 
    publicboolean 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
//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
publicboolean tryAcquire(longtimeout, TimeUnit unit) throwsInterruptedException { };  
 //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
publicboolean tryAcquire(intpermits) { };
//尝试获取permits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
publicboolean tryAcquire(intpermits, longtimeout, TimeUnit unit) throwsInterruptedException { }; 
 
   

另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用：

假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：

 
    publicclass Test {
    publicstatic void main(String[] args) {
        intN = 8;           //工人数
        Semaphore semaphore = newSemaphore(5);//机器数目
        for(inti=0;i<N;i++)
            newWorker(i,semaphore).start();
    }
 
    staticclass Worker extendsThread{
        privateint num;
        privateSemaphore semaphore;
        publicWorker(intnum,Semaphore semaphore){
            this.num = num;
            this.semaphore = semaphore;
        }
 
        @Override
        publicvoid 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();
            }
        }
    }
}
 
   

执行结果：

 
    工人0占用一个机器在生产...
工人1占用一个机器在生产...
工人2占用一个机器在生产...
工人4占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人0释放出机器
工人2释放出机器
工人3占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人4释放出机器
工人5释放出机器
工人1释放出机器
工人6占用一个机器在生产...
工人3释放出机器
工人7释放出机器
工人6释放出机器
 
   