CountDownLatch(闭锁)、Semaphore(信号量)、CyclicBarrier(回环栅栏)

一、CountDowLatch(闭锁)(倒计数锁存器)

  CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下,在完成某些运算时,只有其他所有线程的运算全部完成,当前运算才继续执行。

  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。

final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
new Thread(){
    public void run() {
        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();
    };
}.start();
new Thread(){ 
    public void run() {
        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();
    };
}.start();
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");
}

二、Semaphore(信号量-控制同时访问的线程个数)

  信号量可以控制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,而通过release()释放一个许可。

Semaphore类中比较重要的几个方法:

  1)public void acquire():用来获取一个许可,若无许可能够获得,则会一直等待,知道获得许可。

  2)public void acquire(int permits):获取permits个许可。

  3)public void release(){}:释放许可,注意,在释放许可之前,必须先获得许可。

  4)public void release(int permits){}:释放permits个许可。

上面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:

  1)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。

  2)public boolean tryAcquire(long timeout,TimeUnit unit):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,否则立即返回false。

  3)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。

  4)public boolean tryAcquire(int permits,long timeout,TimeUnit unit):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,否则立即返回false。

  5)还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

  例子:若一个工厂有5台机器,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:

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;
    }
    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();
        }
    }
}

三、CyclicBarrier(回环栅栏-等待至barrier状态再全部同时执行)

  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。我们暂且把这种状态叫做barrier,当调用await()方法之后,线程就处于barrier了。

  CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有两个重载版本:

    1)public int await():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。

    2)public int await(long timeout,TimeUnit unit):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。

  具体使用如下:

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;
     }
 public void run() {
     try {
         Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟线程需要预定写入数据操作
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,比如数据操作");
     }
 }

三者之间的联系与区别:

  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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参考:https://www.cnblogs.com/HuiH/p/11904898.html

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