【Java并发编程】常见工具类总结：CountDownLatch，CyclicBarrier，Semphore，Exchanger
CountDownLatch
CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。类似于join的操作，可以进行类比：
join用于让当前执行线程等待join线程执行结束，如
A.join()方法，将不停检查A线程是否存活，如果A存活，则当前线程永远等待。
public class JoinCDLT {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
System.out.println("parser1 start");
Thread.sleep(5000);
System.out.println("parser1 finish");
}
});
Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
System.out.println("parser2 start");
Thread.sleep(10000);
System.out.println("parser2 finish");
}
});
long start = System.currentTimeMillis();
parser1.start();
parser2.start();
//join用于让当前执行线程等待join线程执行结束
parser1.join();
parser2.join();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("all parser finish , spend " + (end - start) + " ms");
}
}
CountDownLatch使用AQS实现，通过AQS的状态变量state来作为计数器值,当多个线程调用countdown方法时实际是原子性递减AQS的状态值，当线程调用await方法后当前线程会被放入AQS阻塞队列等待计数器为0再返回。
public class CountDownLatchTest {
//传入int参数作为计数器
static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread a = new Thread(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
Thread.sleep(3000);
System.out.println(1);
c.countDown();//每当调用该方法,计数器N - 1
}
});
Thread b = new Thread(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
Thread.sleep(3000);
System.out.println(2);
c.countDown();
}
});
long start = System.currentTimeMillis();
a.start();
b.start();
//await方法会阻塞当前线程
c.await();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(3 + " " + (end - start));
}
}
计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是0，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法happen-before，另外一个线程调用await方法。
CyclicBarrier
CyclicBarrier可以让一组线程达到一个屏障【同步点】时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。
CyclicBarrier默认的构造方法是
CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。
public class CyclicBarrierTest {
static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
//线程调用await,告诉CyclicBarrier已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞
c.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(1);
}
}, "thread-1");
thread.start();
try {
//主线程到达了屏障,因为设置了parties设置为2,因此可以继续下去
c.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(2);
}
}
上述程序，输出的结果可能是先1后2的次序，也可能是先2后1，原因在于：主线程和子线程的调度由CPU决定，两个线程都可能先执行。
但是，如果将屏障数量改为3，此时主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程达到屏障了。
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
- CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置，因此CyclicBarrier能够处理更为复杂的业务场景。
- CyclicBarrier还提供了其他有用的方法，如
getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。
Phaser 的实现
Phaser可以替代CountDownLatch 和CyclicBarrier，但比两者更加强大，可以动态调整需要的线程个数，可以通过构造函数传入父Phaser实现层次Phaser。
参考：https://segmentfault.com/a/1190000015979879
Semaphore
Semaphore 可以用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源，适用场景可以是流量控制。
使用AQS实现，AQS的状态变量state做为许可证数量，每次通过acquire()/tryAcquire()，许可证数量通过CAS原子性递减，调用release()释放许可证，原子性递增，只要有许可证就可以重复使用。
public class SemaphoreTest {
private static final int THREAD_COUNT = 30;
private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
private static Semaphore s = new Semaphore(10);//10个许可证数量,最大并发数为10
public static void main(String[] args) {
for(int i = 0; i < THREAD_COUNT; i ++){ //执行30个线程
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
s.tryAcquire(); //尝试获取一个许可证
System.out.println("save data");
s.release(); //使用完之后归还许可证
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
}
Exchanger 原理
用于进行线程间的数据交换，它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。
如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当都达到同步点时，这两个线程可以交换数据。
public class ExchangerTest {
private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<>();
private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
public static void main(String[] args) {
threadPool.execute(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
String A = "银行流水A";
exgr.exchange(A);
}
});
threadPool.execute(new Runnable() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
String B = "银行流水B";
String A = exgr.exchange(B);
System.out.println("A 和 B 的数据是否一致 :"
+ A.equals(B) + " A录入的数据为 :" + A + " B录入的数据为 :" + B);
}
});
threadPool.shutdown();
}
}
参考
-
《Java并发编程的艺术》 方腾飞
