CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore的用法

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分享一下最近學過的幾種併發類的用法.

CountDownLatch用法

可以利用它實現類似計數器的功能。比如有一個任務A，它要等待其他若干個任務執行完畢之後才能執行，此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了；也可以用來控制初始化操作，某個任務執行之前，必須初始化成功之後，才能進行操作，否則將一直阻塞。
類方法介紹：

public void await() throws InterruptedException { };   //調用await()方法的線程會被阻塞，它會等待直到count值爲0才繼續執行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //和await()類似，只不過等待一定的時間後count值還沒變爲0的話就會繼續執行
public void countDown() { };  //將count值減1

例子程序範例：

public class CountDownLatchTest{
     public static void main(String[] args) {   
     	//創建
         final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
 
         new Thread(){
             public void run() {
                 try {
                    System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在執行");
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢");
                    //一個任務執行完成，countDown一次
                    latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
             };
         }.start();
 
         new Thread(){
             public void run() {
                 try {
                     System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在執行");
                     Thread.sleep(3000);
                     System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢");
                      //一個任務執行完成，countDown一次
                     latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
             };
         }.start();
 
         try {
            System.out.println("等待2個子線程執行完畢...");
            //等待其他任務執行完成
            latch.await();
            System.out.println("2個子線程已經執行完畢");
            System.out.println("繼續執行主線程");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
     }
}

CyclicBarrier用法

字面意思迴環柵欄，通過它可以實現讓一組線程等待至某個狀態之後再全部同時執行。叫做迴環是因爲當所有等待線程都被釋放以後，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態就叫做barrier，當調用await()方法之後，線程就處於barrier了；換句話說，就是控制多個任務在某種條件下，同時運行。
類方法介紹：
參數parties指讓多少個線程或者任務等待至barrier狀態；參數barrierAction爲當這些線程都達到barrier狀態時會執行的內容。

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

例子程序範例：

public class CyClicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        //指定等待的線程個數
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Task(barrier).start();
    }
    //任務線程
    static class Task extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Task(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在進行準備操作...");
            try {
                Thread.sleep(5000);  
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"準備完畢，等待其他任務準備完畢");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有線程準備完畢，任務繼續處理其他操作...");
        }
    }
}

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

public class CyClicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        //指定等待的線程個數
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N，new Runnable({
			@Override
			public void run(){
				System.out.println("所有任務已經準備好了，可以繼續執行其他操作了");
			}
		}));
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Task(barrier).start();
    }
    //任務線程
    static class Task extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Task(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在進行準備操作...");
            try {
                Thread.sleep(5000);  
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"準備完畢，等待其他任務準備完畢");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有線程準備完畢，任務繼續處理其他操作...");
        }
    }
}

Semaphore用法

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

public Semaphore(int permits) {          //參數permits表示許可數目，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);
}
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，如果想立即得到執行結果，可以使用下面幾個方法：

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，若在指定的時間內獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false

例子程序範例：

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，其他工人才能繼續使用。那麼我們就可以通過Semaphore來實現：
public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 8;            //工人數
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機器數目
        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+"佔用一個機器在生產...");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機器");
                semaphore.release();           
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

下面對上面說的三個輔助類進行一個總結：
1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠實現線程之間的等待，只不過它們側重點不同：
CountDownLatch一般用於某個線程A等待若干個其他線程執行完任務之後，它才執行；
而CyclicBarrier一般用於一組線程互相等待至某個狀態，然後這一組線程再同時執行；
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，它一般用於控制對某組資源的訪問權限。