Java并發(fā)編程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore2017-09-18 13:07程序設計/58

　　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，今天我們就來學習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。

　　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A，它要等待其他4個任務執(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：

　　publicCountDownLatch（ intcount） { }; //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：

　　publicvoidawait（） throwsInterruptedException { }; //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publicbooleanawait（ longtimeout， TimeUnit unit）throwsInterruptedException { }; //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publicvoidcountDown（） { }; //將count值減1

　　下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：

　　publicclassTest { publicstaticvoidmain（String［］ args） { final CountDownLatch latch =newCountDownLatch（ 2）; newThread（）{ publicvoidrun（） { 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（）; newThread（）{publicvoidrun（） { 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：

　　線程Thread- 0正在執(zhí)行 線程Thread- 1正在執(zhí)行 等待 2個子線程執(zhí)行完畢 。。.線程Thread- 0執(zhí)行完畢 線程Thread- 1執(zhí)行完畢 2個子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢 繼續(xù)執(zhí)行主線程二.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：

　　publicCyclicBarrier（ intparties， Runnable barrierAction） { } publicCyclicBarrier（ intparties） { }

　　參數(shù)parties指讓多少個線程或者任務等待至barrier狀態(tài)；參數(shù)barrierAction為當這些線程都達到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：

　　publicintawait（） throwsInterruptedException， BrokenBarrierException { }; publicintawait（longtimeout， TimeUnit unit）throwsInterruptedException，BrokenBarrierException，TimeoutException { };

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

　　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。

　　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：

　　publicclassTest { publicstaticvoidmain（String［］ args） { intN = 4; CyclicBarrier barrier =newCyclicBarrier（N）; for（ inti= 0;i《N;i++） newWriter（barrier）.start（）; } staticclass Writer extends Thread{ privateCyclicBarrier cyclicBarrier; publicWriter（CyclicBarrier cyclicBarrier） { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override publicvoidrun（） { 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。。.”）; } } }

　　執(zhí)行結(jié)果：

　　線程Thread- 0正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 3正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 2正在寫入數(shù)據(jù)。。.線程Thread- 1正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.

　　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)：

　　publicclassTest { publicstaticvoidmain（String［］ args） { intN = 4; CyclicBarrier barrier =newCyclicBarrier（N， newRunnable（） { @Override publicvoidrun（） { System. out.println（ “當前線程”+Thread.currentThread（）.getName（））; } }）; for（ inti= 0;i《N;i++）newWriter（barrier）.start（）; } staticclass Writer extends Thread{ privateCyclicBarrier cyclicBarrier; publicWriter（CyclicBarrier cyclicBarrier） { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override publicvoidrun（） { 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。。.”）; } } }

　　運行結(jié)果：

　　線程Thread- 0正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 1正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 2正在寫入數(shù)據(jù)。。.線程Thread- 3正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 當前線程Thread- 3所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.

　　從結(jié)果可以看出，當四個線程都到達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：

　　publicclassTest { publicstaticvoidmain（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 extends Thread{ privateCyclicBarrier cyclicBarrier; publicWriter（CyclicBarrier cyclicBarrier） { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override publicvoidrun（） { 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 blocke.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。。.”）; } } }

　　執(zhí)行結(jié)果：

　　線程Thread- 0正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 2正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 1正在寫入數(shù)據(jù)。。.線程Thread- 2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 3正在寫入數(shù)據(jù) 。。.java.util.concurrent.TimeoutException Thread- 1所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 0所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.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$Writer.run（Test.java： 58） Thread- 2所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.java.util.concurrent.BrokenBarrierException 線程Thread- 3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait（Unknown Source） at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await（Unknown Source） at com.cxh.test1.Test$Writer.run（Test.java： 58） Thread- 3所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.

　　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。

　　另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個例子：

　　/** * Java學習交流QQ群：589809992 我們一起學Java！ */publicclassTest{publicstaticvoidmain（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 extends Thread{ privateCyclicBarrier cyclicBarrier; publicWriter（CyclicBarrier cyclicBarrier） { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Overridepublicvoidrun（） { 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。。.”）; } } }

　　執(zhí)行結(jié)果：

　　線程Thread- 0正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 1正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 3正在寫入數(shù)據(jù)。。.線程Thread- 2正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 Thread- 0所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 3所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 1所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 2所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務。。.CyclicBarrier重用 線程Thread- 4正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 5正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 6正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 7正在寫入數(shù)據(jù) 。。.線程Thread- 7寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 5寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 6寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 線程Thread- 4寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 Thread- 4所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 5所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 6所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.Thread- 7所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務 。。.

　　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：

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

　　publicvoidacquire（） throwsInterruptedException { } //獲取一個許可publicvoidacquire（intpermits） throwsInterruptedException { } //獲取permits個許可publicvoidrelease（） { } //釋放一個許可publicvoidrelease（ intpermits） { } //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：

　　publicbooleantryAcquire（） { }; //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falsepublicbooleantryAcquire（ longtimeout， TimeUnit unit）throwsInterruptedException { }; //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falsepublicbooleantryAcquire（ intpermits） { }; //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falsepublicbooleantryAcquire（ intpermits， longtimeout， TimeUnit unit）throwsInterruptedException { }; //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)：

　　/** * Java學習交流QQ群：589809992 我們一起學Java！ */publicclassTest{publicstaticvoidmain（String［］ args） { intN = 8; //工人數(shù)Semaphore semaphore = newSemaphore（ 5）; //機器數(shù)目for（ inti= 0;i《N;i++）newWorker（i，semaphore）.start（）; } staticclass Worker extends Thread{ privateintnum;privateSemaphore semaphore; publicWorker（ intnum，Semaphore semaphore）{ this.num = num; this.semaphore = semaphore; } @Overridepublicvoidrun（） { 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：

　　工人 0占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 1占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 2占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 4占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 5占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 0釋放出機器 工人 2釋放出機器 工人 3占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 7占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 4釋放出機器 工人 5釋放出機器 工人 1釋放出機器 工人 6占用一個機器在生產(chǎn) 。。.工人 3釋放出機器 工人 7釋放出機器 工人 6釋放出機器

　　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。

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