CyclicBarrier和CountDownLatch使用上的区别

本文通过模拟三位运动员准备比赛的场景,介绍了CyclicBarrier和CountDownLatch两种并发控制工具的使用方法,并对比了它们在实际开发中的优劣。

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2018.12.12更新
在学习了CyclicBarrier之后发现,CyclicBarrier也可以实现跟CountDownLatch类似的功能,只需要在它的parties中多设置一个数,将主线程加入等待队列就可以了:

public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        int size = 3;
        // 设置参数时,线程实际执行数size+1,将main线程也加到等待队列中
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(size + 1);
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            int index = i;
            pool.submit(() -> {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(index);
                    System.out.println("第" + index + "位运动员准备好了");
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        try {
        //主线程也加入等待
            cyclicBarrier.await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(size + "位运动员都准备好了,可以起跑!");
    }

执行结果:
在这里插入图片描述

以下是原内容


我在使用并发线程栅栏的时候发现了两种,分别是CyclicBarrier 和CountDownLatch。对于两者的对比的文章有很多,这里不再赘述。我来说下我的使用过程。

**需求:**有三位运动员,他们一起参加万米赛跑,但是他们准备的时间不同,要等他们都准备好了再开始一起跑。

使用CyclicBarrier 实现:

import java.util.concurrent.*;

public class RunTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        int size = 3;
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(size, () -> {
            System.out.println(size + "位运动员都准备好了,可以起跑!");
            pool.shutdownNow();
        });

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            int index = i;
            pool.submit(() -> {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(index);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("第" + index + "位运动员准备好了");
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }
}

结果:
这里写图片描述
可以看到,三位运动员准备的时间分别是1s,2s,3s。系统等到他们都准备好了,再发出起跑的信号。在这里CyclicBarrier 做法是在自己的构造器中new了一个runnable,等待其他线程都执行完,再执行此runnable中的代码。

我们再看看CountDownLatch怎么实现:

import java.util.concurrent.*;

public class RunTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
        int size = 3;

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            int index = i;
            pool.submit(() -> {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(index);
                    countDownLatch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("第" + index + "位运动员准备好了");
            });
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println(size + "位运动员都准备好了,可以起跑!");
    }
}

结果同上:
这里写图片描述

我们可以看到,countDownLatch是采取阻塞主线程的方法实现了线程的统一。他内部有一个计数器,我们在执行完一次线程任务的时候需要手动的减一个数,在主线程中使用 **countDownLatch.await()**监控计数器的状态,知道计数器计到0为止,再执行主线程的代码。

在实际的开发中,我个人比较倾向于第二种方法,因为使用起来简单,完全满足我的需求。

在Java并发编程中,`CyclicBarrier``CountDownLatch`是两个重要的同步工具类,它们都用于协调多个线程的执行,但在设计理念、使用场景以及功能特性上存在显著差异。 ### `CountDownLatch` `CountDownLatch`是一个一次性的同步工具,它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。其核心机制是基于一个计数器,当计数器减到零时,所有因调用`await()`方法而阻塞的线程将被释放[^2]。这个计数器只能初始化一次,并且一旦减少到零,就不能再改变它的值[^4]。 #### 使用场景 - **启动信号**:主线程创建并启动多个工作线程后,可以使用`CountDownLatch`来确保所有的工作线程都准备好开始执行后再一起开始。 - **结束信号**:多个工作线程完成各自的任务之后通知另一个线程进行汇总处理,例如统计结果或者关闭资源等。 ```java public class CountdownLatchExample { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { int N = 4; CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N); // 创建N个线程 for (int i = 0; i < N; ++i) { new Thread(new WorkerRunnable(doneSignal)).start(); } // 等待所有线程完成 doneSignal.await(); System.out.println("所有线程已完成."); } } class WorkerRunnable implements Runnable { private final CountDownLatch doneSignal; WorkerRunnable(CountDownLatch doneSignal) { this.doneSignal = doneSignal; } public void run() { try { doWork(); doneSignal.countDown(); } catch (InterruptedException ex) {} } void doWork() { /* 执行具体任务 */ } } ``` ### `CyclicBarrier` 与`CountDownLatch`不同的是,`CyclicBarrier`设计为可重用的屏障点,它可以重复使用多次。一组线程到达屏障时会被阻塞,直到最后一个线程也到达了屏障点,这时所有的线程才会被释放继续执行。此外,还可以选择性地提供一个`Runnable`作为屏障动作,在所有线程释放前执行一次[^1]。 #### 使用场景 - **并行迭代计算**:比如在进行某些数学运算时,每个阶段需要所有参与线程完成当前阶段的工作后才能进入下一阶段。 - **游戏准备就绪**:在线游戏中玩家需要等待其他玩家加载完毕后才开始游戏。 ```java public class CyclicBarrierExample { public static void main(String[] args) { int parties = 3; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(parties, () -> System.out.println("所有参与者已就位,准备行动!")); for(int i=0; i<parties; i++) { new Thread(new Task(barrier)).start(); } } } class Task implements Runnable{ private CyclicBarrier barrier; public Task(CyclicBarrier barrier) { this.barrier = barrier; } @Override public void run() { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在准备..."); Thread.sleep((long)(Math.random()*5000)); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 准备好了,等待其他成员..."); barrier.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始行动!"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } ``` ### 区别总结 - **生命周期**:`CountDownLatch`是一次性的,而`CyclicBarrier`可以在每次屏障被突破后通过调用`reset()`方法重新初始化以供再次使用。 - **控制方向**:`CountDownLatch`通常由一个线程(通常是主线程)用来等待其他线程完成;而`CyclicBarrier`则是由一组线程相互等待对方到达屏障点。 - **异常处理**:如果某个线程在等待`CyclicBarrier`时被打断,则整个屏障会被破坏,导致其他线程抛出`BrokenBarrierException`;而对于`CountDownLatch`来说,中断不会影响其他线程的状态。 综上所述,根据实际需求选择合适的同步工具是非常关键的。如果需要实现简单的“等待直到某事件发生”的逻辑,那么`CountDownLatch`可能是更好的选择;而对于那些要求多个阶段同步且可能需要反复使用的场合,则更适合采用`CyclicBarrier`。
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