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Java并发编程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

刺猬一号
 刺猬一号
发布于 2017/05/25 13:11
字数 2432
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Java并发编程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

  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(int count) {  };  //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:

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

   下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了:

public class Test {

     public static void main(String[] args) {   

         final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

          

         new Thread(){

             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(){

             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();

          

         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:

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:

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {

}


public CyclicBarrier(int parties) {

}

    然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2个重载版本:  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。

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };

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


  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。   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;

  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:

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        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:

  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 Test {

    public static void main(String[] args) {

        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...");

        }

    }

}


   运行结果:

  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:

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        int N = 4;

        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);

         

        for(int i=0;i<N;i++) {

            if(i<N-1)

                new Writer(barrier).start();

            else {

                try {

                    Thread.sleep(5000);

                } catch (InterruptedException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

                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");

                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:

  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:

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        int N = 4;

        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);

         

        for(int i=0;i<N;i++) {

            new Writer(barrier).start();

        }

         

        try {

            Thread.sleep(25000);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

         

        System.out.println("CyclicBarrier重用");

         

        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(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕,继续处理其他任务...");

        }

    }

}


   执行结果:

  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:

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);

}

 

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

 

 

   下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法,首先是acquire()、release()方法:

 

  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,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false


  下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用:   另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

  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:

public class Test {

    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:

  

  下面对上面说的三个辅助类进行一个总结:

  1)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。

  2)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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