闭锁,信号量,栅栏

1.   闭锁(countDownLatch)

1.1.     作用:

相当于一扇门,在闭锁到达结束状态之前,这扇门是关着的,所以的线程都不允许通过,当闭锁到达结束状态,这扇门打开并允许所有的线程通过。在闭锁达到结束状态后,将不会再改变状态,这扇门永远处于打开状态。

1.2.     闭锁使用场景

1) 确保某个计算在其所有资源都被初始化之后才继续执行;

2) 确保某个服务在其所有所依赖的服务都已经启动后在启动;

3) 等待某个操作的所有参与者都就绪再继续执行(例如王者荣耀匹配成功后需等待所有玩家确认后才能进行选英雄)。

1.3.     闭锁的简单使用

CountDownLatch是一种灵活的闭锁实现,上述场景都可以均可使用。该类的简单用法如下:

public class SysUtil {

   final CountDownLatch startGate;

   final CountDownLatch endGate;


   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {


      int num = 20;

      SysUtil sysUtil = new SysUtil(1, num);

      for (int i = 0; i < num; i++) {

         Thread thread = new Thread(sysUtil.new Worker());

         thread.start();

      }


      long time = System.currentTimeMillis();

      System.out.println("准备好所需的资源");

      // doPreparedResource()


      // open the door

      sysUtil.startGate.countDown();


      try {

         // 等待所有线程执行完成

         sysUtil.endGate.await();

      } catch (InterruptedException e) {

         e.printStackTrace();

      }

      long endTime = System.currentTimeMillis();

      System.out.println(endTime - time);

   }


   public SysUtil(int start, int end) {

      startGate = new CountDownLatch(start);

      endGate = new CountDownLatch(end);

   }


   class Worker implements Runnable{


      private final CountDownLatch startSignal;

      private final CountDownLatch doSignal;


      public Worker() {

         this.startSignal = startGate;

         this.doSignal = endGate;

      }


      @Override

      public void run() {

         try {

            startSignal.await();

         } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();
         }
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() +

                ": i through the startGate");
         doSignal.countDown();

      }

   }

}
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上面代码使用了两个闭锁,分别表示“起始门”和“结束门”,起始门初始值设置为1,结束门设置为工作线程数量。在资源未完成加载之前(doPreparedResource()),所有线程被拒之起始门外,加载完资源后,大门打开,线程进入办公楼开始干活,等到下班时间了,办公大楼就可以打开结束门放线程回家。

 

2.   FutureTask

2.1.     简介

FutureTask实现了Future语义,表示一直抽象的可生成结果的计算。FutureTask表示的计算是通过Callable来实现的。计算结果通过get()方法获得,如果任务已经完成,那么get方法会立即返回结果,否则get方法将阻塞直到任务进入完成状态(包括正常结束、由于取消而结束及由于异常而结束),然后返回结果或抛出异常。

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V>

Runable接口我们熟悉只有一个run()方法

Future接口方法如下:

2.2.     FutureTask的简单使用

public class FutureTaskTest {

 

   @Test

   public void test() throws InterruptedException, ExecutionException {

      FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new Task());

      Thread thread = new Thread(futureTask);

      long startTime = System.currentTimeMillis();

      thread.start();

      System.out.println("result: " + futureTask.get());

      long endTime = System.currentTimeMillis();

      System.out.println("花费时间:" + (endTime - startTime));

   }

  

   class Task implements Callable<Integer>{

 

      @Override

      public Integer call() throws Exception {

         System.out.println("--------线程执行中------------");

         int sum = 0;

         for (int i = 0; i < 100; i++) {

            Thread.sleep(10);

            sum += i;

         }

         return sum;

      }

   }

}
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3.   信号量(Semaphore)

3.1.     简介

计数信号量用来控制同时访问某个特定资源的操作数量,或者同时执行某个指定操作的数量。另外信号量还可以用来实现某种资源池,或对容器施加边界。

Semaphore中管理着一组虚拟许可(permit),许可的初始数量可通过构造函数来指定,在执行操作之前首先获得(acquire)许可,在使用后释放许可。如果没有许可,那么acquire将阻塞直到有permit(或者直到被中断或操作超时)。Release方法将返回一个许可给信号量。

3.2.     简单使用

/*

 * 利用信号量对set设置边界

 */

public class SemephoreTest<T> {

  

   private final Set<T> set;

   private final Semaphore semaphore;

  

   public SemephoreTest(int boundNum) {

  

      this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

      // 创建一定数量的许可

      this.semaphore = new Semaphore(boundNum);

   }

  

   public boolean add(T o) {

      boolean wadAdd = false;

      try {

         // 请求许可

         semaphore.acquire();

        

         wadAdd = set.add(o);

         return wadAdd;

      } catch (InterruptedException e) {

         e.printStackTrace();

      }finally {

         // 元素添加失败,释放许可

         if (!wadAdd) {

            semaphore.release();

         }

      }

     

      return wadAdd;

   }

  

   public boolean remove(T o) {

     

      boolean wasRemoved = set.remove(o);

      if (wasRemoved) {

         semaphore.release();

      }

      return wasRemoved;

   }

}
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4.   栅栏(barrier)

4.1.     简介

栅栏类似于闭锁,它能阻塞一组线程直到某个事件发生。栅栏和闭锁的区别在于,所有线程必须都到达栅栏位置了,才能继续执行。闭锁用于等待事件,而栅栏用于等待其他线程。

CyclicBarrier可以使一定的数量的参与方反复地在栅栏处汇集,在并行迭代算法中非常有用。但线程到达栅栏处时将调用栅栏的await方法,该方法会阻塞当前线程直到所有的线程都到达了栅栏处。如果所有的线程都到达了栅栏处,栅栏将会打开,此时所有的线程都会被释放,而栅栏将被重置以便下次使用(闭锁不可被重置)。如果await调用超时或者阻塞的线程被中断,所有的await调用都终止并抛出BrokenBarrierException。如果成功通过栅栏,await将为每个线程返回唯一的到达索引号。

4.2.     简单使用

public class BarrierTest {

 

   private final CyclicBarrier cyclicBarrier;

   private Worker[] workers;

  

   public BarrierTest() {

      int count = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;

      count = 10;

      cyclicBarrier = new CyclicBarrier(count, new Runnable() {

        

         @Override

         public void run() {

            System.out.println("open the barrier");

           

         }

      });

     

      this.workers = new Worker[count];

      for (int i = 0; i < workers.length; i++) {

         workers[i] = new Worker();

      }

   }

  

   class Worker implements Runnable{

 

      @Override

      public void run() {

         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":我到了,等人齐");

         try {

            cyclicBarrier.await();

         } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

         } catch (BrokenBarrierException e) {

            e.printStackTrace();

         }

         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "冲啊");

      }

   }

  

   public void start() {

      for (int i = 0; i < workers.length; i++) {

         new Thread(workers[i]).start();

      }

   }

  

   // 不可使用Junit进行多线程的测试,Junit中是将当前 test作为参数,放入到 Junit TestRunner中的main函数

   // 作为一个子线程运行,当测试线程运行成功,将把jvm停止。具体看下面代码

   /*

    

   public static void main(String args[]) {

       TestRunner aTestRunner = new TestRunner();

       try {

          TestResult r = aTestRunner.start(args);

          if (!r.wasSuccessful())

              System.exit(FAILURE_EXIT);

          System.exit(SUCCESS_EXIT);

       } catch (Exception e) {

          System.err.println(e.getMessage());

          System.exit(EXCEPTION_EXIT);

       }

   }

    */

   @Test

   public void test() {

      new BarrierTest().start();

   }

  

   public static void main(String[] args) {

      new BarrierTest().start();

   }

}
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5.   Exchanger(两方栅栏)

5.1.     简介

Exchanger类可用于两个线程之间交换信息,是一种两方栅栏。可简单地将Exchanger对象理解为一个包含两个格子的容器,通过exchanger方法可以向两个格子中填充信息。当两个格子中的均被填充时,该对象会自动将两个格子的信息交换,然后返回给线程,从而实现两个线程的信息交换。

另外需要注意的是,Exchanger类仅可用作两个线程的信息交换,当超过两个线程调用同一个exchanger对象时,得到的结果是随机的,未得到配对的线程,则会被阻塞,永久等待,直到与之配对的线程到达位置,exchanger对象仅关心其包含的两个“格子”是否已被填充数据,当两个格子都填充数据完成时,该对象就认为线程之间已经配对成功,然后开始执行数据交换操作。

5.2.     简单使用

public class ExchangerTest {

 

   public static void main(String[] args) {

      Exchanger<String> barrier = new Exchanger<>();

      Comsumer comsumer = new ExchangerTest(). new Comsumer(barrier);

      Producer prodecer = new ExchangerTest(). new Producer(barrier);

      Thread thread1 = new Thread(comsumer);

      Thread thread2 = new Thread(prodecer);

      thread1.start();

      thread2.start();

   }

  

   class Comsumer implements Runnable{

 

      private Exchanger<String> changer;

     

      public Comsumer(Exchanger<String> exchanger) {

         this.changer = exchanger;

      }

      @Override

      public void run() {

         String changes = null;

         try {

            changes = changer.exchange("money");

         } catch (InterruptedException e) {

            // TODO Auto-generated catch block

            e.printStackTrace();

         }

         System.out.println("Consumer recieve:" + changes);

        

      }

   }

  

   class Producer implements Runnable{

 

      private Exchanger<String> changer;

     

      public Producer(Exchanger<String> exchanger) {

         this.changer = exchanger;

      }

      @Override

      public void run() {

         String changes = null;

         try {

            changes = changer.exchange("products");

         } catch (InterruptedException e) {

            // TODO Auto-generated catch block

            e.printStackTrace();

         }

         System.out.println("Producer recieve:" + changes);


      }

   }

}
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posted @ 2019-07-20 17:01  X_huang  阅读(436)  评论(0编辑  收藏  举报