CountDownLatch CylicBarrier Semaphore 并发工具类学习

原创
2018/08/16 10:50
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CountDownLatch

CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下,利用它可以实现类似线程计数器的功能。比如有一个任务,它要等待其他3个线程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。

定义CountDownLatch,构造参数为线程个数。

final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(int count); // count 为线程数,也就是执行任务的计数

CountDownLatch 常用且重要的API方法

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) // 调用await()方法的线程会被挂起,如果超出等待时间count不为0,则继续执行
public void countDown() // 计数器倒数,count 减一

代码示例:

        new Thread() {
            @Override
            public void 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();

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                    Thread.sleep(5000);
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                    latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }.start();

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                    Thread.sleep(8000);
                    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3个子线程执行完毕...");
            latch.await();
            System.out.println("3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();
        }

主线程会等到三个线程执行完之后继续执行。

CylicBarrier

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;

定义CylicBarrier,常用两种构造器:

public CyclicBarrier(int parties) 
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

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。

CylicBarrier常用且重要的API方法

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException

无参方法较为常用,用于挂起线程,直到所有线程都达到barrier状态之后在继续执行任务。

public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException

有参方法,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。

代码示例1:

    public static void main(String[] args) {
        final 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("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-2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-0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
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...

从结果可以看出,每个线程在写入数据完成之后,没有立即执行后续操作而是挂起,直到当所有线程都达到barrier状态之后,所有线程继续执行;这个示例用的是第一种构造方式,无barrierAction,再来看一个有barrierAction的例子:

    public static void main(String[] args) {
        final int N = 4;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());
            }
        });

        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("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-1正在写入数据...
线程Thread-0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-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
线程Thread-2写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
当前线程Thread-1
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...

从结果可看出,当所有线程都达到barrier状态之后,CylicBarrier会随机选择一个线程去执行barrierAction里的操作。
另外,CylicBarrier是可以重复使用的,但是CountDownLatch不行。

Semaphore

信号量,用于控制访问资源的线程数,如果线程数量超出了资源的数量并且要保证线程安全,可以选择使用Semaphore

定义Semaphore,构造器

public Semaphore(int permits)
public Semaphore(int permits, boolean fair)

参数permits表示许可数目,即同时可以允许多少线程进行访问,参数fair表示是否是公平的,true采用FIFO即等待时间越久的越先获取许可,false 则相反。

常用API 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 用于获取线程的资源访问许可, release 用于释放许可。</br> 这四个方法是阻塞的,不会立即返回。如果想立即获取许可,并执行后续操作,可以尝试try-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,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false

简单的代码示例:

	public static void main(String[] args) {
        int N = 8;            //工人数
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
        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2占用一个机器在生产...
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4占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人2释放出机器
工人4释放出机器
工人1释放出机器
工人0释放出机器
工人3占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人6占用一个机器在生产...
工人7释放出机器
工人3释放出机器
工人5释放出机器
工人6释放出机器

从结果可以看出,资源的请求访问,成功被限制住,保证每个资源的同时只有一个线程占用,实现线程安全。

简单总结:

  • 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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