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Java并發(fā)編程：CountDownLatch、CyclicBarrier

系統(tǒng) 2190 0

在java 1.5中，提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進行并發(fā)編程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我們就來學(xué)習(xí)一下這三個輔助類的用法。

　　以下是本文目錄大綱：

　　一.CountDownLatch用法

　　二.CyclicBarrier用法

　　三.Semaphore用法

　　若有不正之處請多多諒解，并歡迎批評指正。

　　請尊重作者勞動成果，轉(zhuǎn)載請標(biāo)明原文鏈接：

　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html

一.CountDownLatch用法

　　CountDownLatch類位于java.util.concurrent包下，利用它可以實現(xiàn)類似計數(shù)器的功能。比如有一個任務(wù)A，它要等待其他4個任務(wù)執(zhí)行完畢之后才能執(zhí)行，此時就可以利用CountDownLatch來實現(xiàn)這種功能了。

　　CountDownLatch類只提供了一個構(gòu)造器：

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public CountDownLatch( int count) {? };? //參數(shù)count為計數(shù)值

?　　然后下面這3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法：

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public void await() throws InterruptedException { };?? //調(diào)用await()方法的線程會被掛起，它會等待直到count值為0才繼續(xù)執(zhí)行
public boolean await( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };? //和await()類似，只不過等待一定的時間后count值還沒變?yōu)?的話就會繼續(xù)執(zhí)行
public void countDown() { };? //將count值減1

?　　下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：

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public class Test {
????? public static void main(String[] args) {???
????????? final CountDownLatch latch = new CountDownLatch( 2 );
????????? ?
????????? new Thread(){
????????????? public void run() {
????????????????? try {
????????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在執(zhí)行" );
???????????????????? Thread.sleep( 3000 );
???????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "執(zhí)行完畢" );
???????????????????? latch.countDown();
???????????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????????? e.printStackTrace();
???????????????? }
????????????? };
????????? }.start();
????????? ?
????????? new Thread(){
????????????? public void run() {
????????????????? try {
????????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在執(zhí)行" );
????????????????????? Thread.sleep( 3000 );
????????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "執(zhí)行完畢" );
????????????????????? latch.countDown();
???????????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????????? e.printStackTrace();
???????????????? }
????????????? };
????????? }.start();
????????? ?
????????? try {
????????????? System.out.println( "等待2個子線程執(zhí)行完畢..." );
???????????? latch.await();
???????????? System.out.println( "2個子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢" );
???????????? System.out.println( "繼續(xù)執(zhí)行主線程" );
???????? } catch (InterruptedException e) {
???????????? e.printStackTrace();
???????? }
????? }
}

?　　執(zhí)行結(jié)果：

View Code

二.CyclicBarrier用法

　　字面意思回環(huán)柵欄，通過它可以實現(xiàn)讓一組線程等待至某個狀態(tài)之后再全部同時執(zhí)行。叫做回環(huán)是因為當(dāng)所有等待線程都被釋放以 后，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態(tài)就叫做barrier，當(dāng)調(diào)用await()方法之后，線程就處于barrier了。

　　CyclicBarrier類位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個構(gòu)造器：

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public CyclicBarrier( int parties, Runnable barrierAction) {
}
?
public CyclicBarrier( int parties) {
}

　　參數(shù)parties指讓多少個線程或者任務(wù)等待至barrier狀態(tài)；參數(shù)barrierAction為當(dāng)這些線程都達到barrier狀態(tài)時會執(zhí)行的內(nèi)容。

　　然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2個重載版本：

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2
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

?　　第一個版本比較常用，用來掛起當(dāng)前線程，直至所有線程都到達barrier狀態(tài)再同時執(zhí)行后續(xù)任務(wù)；

　　第二個版本是讓這些線程等待至一定的時間，如果還有線程沒有到達barrier狀態(tài)就直接讓到達barrier的線程執(zhí)行后續(xù)任務(wù)。

　　下面舉幾個例子就明白了：

　　假若有若干個線程都要進行寫數(shù)據(jù)操作，并且只有所有線程都完成寫數(shù)據(jù)操作之后，這些線程才能繼續(xù)做后面的事情，此時就可以利用CyclicBarrier了：

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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( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數(shù)據(jù)..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢" );
???????????????? cyclicBarrier.await();
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println( "所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..." );
???????? }
???? }
}

?　　執(zhí)行結(jié)果：

View Code

　　從上面輸出結(jié)果可以看出，每個寫入線程執(zhí)行完寫數(shù)據(jù)操作之后，就在等待其他線程寫入操作完畢。

　　當(dāng)所有線程線程寫入操作完畢之后，所有線程就繼續(xù)進行后續(xù)的操作了。

　　如果說想在所有線程寫入操作完之后，進行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable參數(shù)：

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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( "當(dāng)前線程" +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( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數(shù)據(jù)..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢" );
???????????????? cyclicBarrier.await();
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println( "所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..." );
???????? }
???? }
}

?　　運行結(jié)果：

View Code

　　從結(jié)果可以看出，當(dāng)四個線程都到達barrier狀態(tài)后，會從四個線程中選擇一個線程去執(zhí)行Runnable。

?　　下面看一下為await指定時間的效果：

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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( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數(shù)據(jù)..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢" );
???????????????? 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()+ "所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..." );
???????? }
???? }
}

?　　執(zhí)行結(jié)果：

View Code

　　上面的代碼在main方法的for循環(huán)中，故意讓最后一個線程啟動延遲，因為在前面三個線程都達到barrier之后，等待了指定的時間發(fā)現(xiàn)第四個線程還沒有達到barrier，就拋出異常并繼續(xù)執(zhí)行后面的任務(wù)。

　　另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個例子：

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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( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數(shù)據(jù)..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢" );
???????????? ?
???????????????? cyclicBarrier.await();
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..." );
???????? }
???? }
}

?　　執(zhí)行結(jié)果：

View Code

　　從執(zhí)行結(jié)果可以看出，在初次的4個線程越過barrier狀態(tài)后，又可以用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進行重復(fù)使用。

三.Semaphore用法

　　Semaphore翻譯成字面意思為 信號量，Semaphore可以控同時訪問的線程個數(shù)，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。

　　Semaphore類位于java.util.concurrent包下，它提供了2個構(gòu)造器：

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public Semaphore( int permits) {????????? //參數(shù)permits表示許可數(shù)目，即同時可以允許多少線程進行訪問
???? sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore( int permits, boolean fair) {??? //這個多了一個參數(shù)fair表示是否是公平的，即等待時間越久的越先獲取許可
???? sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

?　　下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法，首先是acquire()、release()方法：

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public void acquire() throws InterruptedException {? }???? //獲取一個許可
public void acquire( int permits) throws InterruptedException { }??? //獲取permits個許可
public void release() { }????????? //釋放一個許可
public void release( int permits) { }??? //釋放permits個許可

　　acquire()用來獲取一個許可，若無許可能夠獲得，則會一直等待，直到獲得許可。

　　release()用來釋放許可。注意，在釋放許可之前，必須先獲獲得許可。

　　這4個方法都會被阻塞，如果想立即得到執(zhí)行結(jié)果，可以使用下面幾個方法：

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public boolean tryAcquire() { };??? //嘗試獲取一個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };? //嘗試獲取一個許可，若在指定的時間內(nèi)獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false
public boolean tryAcquire( int permits) { }; //嘗試獲取permits個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire( int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //嘗試獲取permits個許可，若在指定的時間內(nèi)獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false

?　　另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數(shù)目。

　　下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用：

　　假若一個工廠有5臺機器，但是有8個工人，一臺機器同時只能被一個工人使用，只有使用完了，其他工人才能繼續(xù)使用。那么我們就可以通過Semaphore來實現(xiàn)：

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public class Test {
???? public static void main(String[] args) {
???????? int N = 8 ;??????????? //工人數(shù)
???????? Semaphore semaphore = new Semaphore( 5 ); //機器數(shù)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+ "占用一個機器在生產(chǎn)..." );
???????????????? Thread.sleep( 2000 );
???????????????? System.out.println( "工人" + this .num+ "釋放出機器" );
???????????????? semaphore.release();???????????
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????? }
???? }
}

??　　執(zhí)行結(jié)果：

View Code

　　下面對上面說的三個輔助類進行一個總結(jié)：

　　1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠?qū)崿F(xiàn)線程之間的等待，只不過它們側(cè)重點不同：

　　　　CountDownLatch一般用于某個線程A等待若干個其他線程執(zhí)行完任務(wù)之后，它才執(zhí)行；

　　　　而CyclicBarrier一般用于一組線程互相等待至某個狀態(tài)，然后這一組線程再同時執(zhí)行；

　　　　另外，CountDownLatch是不能夠重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。

　　2）Semaphore其實和鎖有點類似，它一般用于控制對某組資源的訪問權(quán)限。

　　參考資料：

　　《Java編程思想》

http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html

http://leaver.me/archives/3220.html

http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm

http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329

http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5780740

http://www.cnblogs.com/whgw/archive/2011/09/29/2195555.html

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作者： 海子

Java并發(fā)編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore


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