1.CountDownLatch的用法

CountDownLatch類位於java.util.concurrent包下，利用它可以實現類似計數器的功能。比如有一個任務A，它要等待其他4個任務執行完畢後才能執行，此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了

CountDownLatch類只提供了一個構造器：

public CountDownLatch(int count) {  // 參數count爲計數值
    ...
}

然後下面3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法：

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

下面來看一個例子：

public class MyCountDownLatch {

    public static void main(String[] args){
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread() {
                @Override
                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");
                        latch.countDown();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }

        try {
            System.out.println("等待2個子線程執行完畢");
            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();
        }
    }
}

運行結果爲：

等待2個子線程執行完畢
子線程Thread-1正在執行
子線程Thread-0正在執行
子線程Thread-0執行完畢
子線程Thread-1執行完畢
2個子線程已經執行完畢
繼續執行主線程

2.CyclicBarrier用法

字面意思爲迴環柵欄，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叫做barrier，當調用await()方法之後，線程就處於barrier了。

CyclicBarrier類位於java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個構造器：

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

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。

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

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，用來掛起當前線程，直至所有線程都達到barrier狀態再同時執行後續任務；

第二個版本是讓這些線程等待至一定的時候，如果還有線程沒有達到barrier狀態就直接讓達到barrier狀態的線程執行後續任務。

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據操作，並且只有所有線程都完成寫操作之後，這些線程才能繼續做後面的事情，此時就可以利用CyclicBarrier了：

public class MyCyclicBarrier {
    public static void main(String[] args){
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Thread(new Writer(barrier)).start();
        }
        System.out.println("主線程執行完畢");
    }

    static class Writer implements Runnable {

        private CyclicBarrier barrier;
        public Writer(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "正在寫入數據...");
            try {
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢");
                barrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
        }
    }
}

執行結果爲：

線程Thread-0正在寫入數據...
線程Thread-3正在寫入數據...
主線程執行完畢
線程Thread-2正在寫入數據...
線程Thread-1正在寫入數據...
線程Thread-2寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...

從上面輸出結果可以看出，每個寫入線程執行完寫操作之後，就在等到其他線程寫入操作完畢

當所有線程寫入操作完畢後，所有線程就繼續進行後續的操作了

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 MyCyclicBarrier2 {
    public static void main(String[] args){
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("當前線程:" + Thread.currentThread().getName());
            }
        });

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Writer(barrier).start();
        }
    }

    static class Writer extends Thread {

        private CyclicBarrier barrier;
        public Writer(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "正在寫入數據");
            try {
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢");
                barrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

執行結果爲：

線程Thread-0正在寫入數據
線程Thread-3正在寫入數據
線程Thread-2正在寫入數據
線程Thread-1正在寫入數據
線程Thread-3寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
當前線程:Thread-1

可以發現，當4個線程都到達barrier狀態後，會從四個線程中選擇一個線程去執行Runnable

下面看一個爲await指定時間的效果：

public class MyCyclicBarrier3 {
    public static void main(String[] args){
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            if (i < 3) {
                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 barrier;
        public Writer(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "正在寫入數據");
            try {
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢");
                barrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (TimeoutException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
        }
    }
}

執行結果爲：

線程Thread-1正在寫入數據
線程Thread-2正在寫入數據
線程Thread-0正在寫入數據
線程Thread-0寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3正在寫入數據
Thread-1所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-2所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:257)
Thread-0所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
  at com.lucifer.mutil.MyCyclicBarrier3$Writer.run(MyCyclicBarrier3.java:44)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:250)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:435)
    at com.lucifer.mutil.MyCyclicBarrier3$Writer.run(MyCyclicBarrier3.java:44)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:250)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:435)
    at com.lucifer.mutil.MyCyclicBarrier3$Writer.run(MyCyclicBarrier3.java:44)
線程Thread-3寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢
Thread-3所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:207)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:435)
    at com.lucifer.mutil.MyCyclicBarrier3$Writer.run(MyCyclicBarrier3.java:44)

上面的代碼在main方法的for循環中，故意讓最後一個線程啓動延遲，因爲在前面三個線程都達到barrier之後，等待了指定的時間發現第四個線程還沒有達到barrier，就拋出異常並繼續執行後面的任務。

另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個例子：

public class MyCyclicBarrier4 {
    public static void main(String[] args){
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Writer(barrier).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("CyclicBarrier重用");

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Writer(barrier).start();
        }
    }

    static class Writer extends Thread {

        private CyclicBarrier barrier;
        public Writer(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "正在寫入數據");
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢");
                barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "所有線程寫入完畢，繼續處理其他任務...");
        }
    }

}

從執行結果可以看出，在初次的4個線程越過barrier狀態後，又可以用來進行新一輪的時候，而CountDownLatch無法進行重複使用。

3.Semaphore用法

Semaphore翻譯成字面意思爲字面量， Semaphore可以控制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。

Semaphore類位於java.util.concurrent包下，它提供了2個構造器：

public Semaphore(int permits) {
    ...
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
    ...
}

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

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，直到獲取許可

release()用來釋放許可。注意，在釋放許可之前，必須先獲得許可。

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：

// 嘗試獲得一個許可，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() {} 
// 嘗試獲取一個許可，若在指定時間內獲取成功，則立即返回true，否則立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {}
// 嘗試獲取permits個許可，若在指定時間內獲取成功，則立即返回true，否則立即返回fasle
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {}
// 嘗試獲取permits個許可，若獲取成功，則立即返回true，否則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) {}

另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數目

下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用

public class MySemaphore {
    public static void main(String[] args){
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
        for (int i = 0; i < 8; 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();
            }

        }
    }
}

執行結果：

工人0佔用一個機器在生產...
工人4佔用一個機器在生產...
工人3佔用一個機器在生產...
工人2佔用一個機器在生產...
工人1佔用一個機器在生產...
工人0釋放出機器
工人5佔用一個機器在生產...
工人2釋放出機器
工人3釋放出機器
工人4釋放出機器
工人1釋放出機器
工人7佔用一個機器在生產...
工人6佔用一個機器在生產...
工人6釋放出機器
工人5釋放出機器
工人7釋放出機器

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後，它才執行
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

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