Java并发:Java并发编程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

2019/03/21

Java并发编程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

CountDownLatch

A synchronization aid that allows one or more threads to wait until

  • a set of operations being performed in other threads completes.

翻译:CountDownLatch是一个异步辅助类,它能让一个和多个线程处于等待状态,直到其他线程完成了一些列操作。

比如某个线程需要其他线程执行完毕才能执行其他的:

public void await() throws InterruptedException { };   //调用await()方法的线程会被挂起,它会等待直到count值为0才继续执行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //和await()类似,只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行
public void countDown() { };  //将count值减1

例子如下:

public class CountDownLautchTest {


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

           System.out.println("子线程1执行开始");
           try {
               Thread.sleep(3000);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println("子线程1执行结束");
           latch.countDown();

       }).start();


        new Thread(() -> {

            System.out.println("子线程2执行开始");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("子线程2执行结束");
            latch.countDown();

        }).start();

        try {
            latch.await();
            System.out.println("所有子线程执行完毕了。。。");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

执行结果:

子线程1执行开始

子线程2执行开始

子线程1执行结束

子线程2执行结束

所有子线程执行完毕了。。。

CyclicBarrier用法

A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for each other to reach a common barrier point. CyclicBarriers are useful in programs involving a fixed sized party of threads that must occasionally wait for each other. The barrier is called cyclic because it can be re-used after the waiting threads are released.

翻译:回环栏栅这个类,让所有的现场都去相互等待,知道它们都到达了一个栏栅的点。

字面意思回环栅栏,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。我们暂且把这个状态就叫做barrier,当调用await()方法之后,线程就处于barrier了。

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

参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态;参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。

CyclicBarrier最重要的是中最重要的方法就是await方法,


public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };

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;


public class CyclicBarrierTest1 {

    public static void main(String[] args) {
        final int N = 4;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
        for (int i=0;i<N;i++){
            new Thread(new Writer(barrier)).start();
        }
    }

    static class Writer implements Runnable {
        CyclicBarrier barrier;

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

        @Override
        public void run() {

            String name = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(name + "开始读写数据");
            try {
                Thread.sleep(4000);
                System.out.println(name + "结束读写数据");
                barrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }  catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(name + "所以线程都读取完毕,开始其他的操作");

        }
    }

}


控制台打印:

Thread-0开始读写数据

Thread-1开始读写数据

Thread-2开始读写数据

Thread-3开始读写数据

Thread-0结束读写数据

Thread-1结束读写数据

Thread-3结束读写数据

Thread-2结束读写数据

Thread-2所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Thread-1所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Thread-0所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Thread-3所以线程都读取完毕,开始其他的操作

从上面输出结果可以看出,每个写入线程执行完写数据操作之后,就在等待其他线程写入操作完毕。

当所有线程线程写入操作完毕之后,所有线程就继续进行后续的操作了。

如果说想在所有线程写入操作完之后,进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数:


public class CyclicBarrierTest2 {


    public static void main(String[] args) {
        final int N = 4;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                String name=Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name +"barrier Runnable");
            }
        });
        for (int i=0;i<N;i++){
            new Thread(new CyclicBarrierTest1.Writer(barrier)).start();
        }
    }

    static class Writer implements Runnable {
        CyclicBarrier barrier;

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

        @Override
        public void run() {

            String name = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(name + "开始读写数据");
            try {
                Thread.sleep(4000);
                System.out.println(name + "结束读写数据");
                barrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }  catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(name + "所以线程都读取完毕,开始其他的操作");

        }
    }
}



控制台打印:

Thread-0开始读写数据

Thread-1开始读写数据

Thread-2开始读写数据

Thread-3开始读写数据

Thread-0结束读写数据

Thread-1结束读写数据

Thread-3结束读写数据

Thread-2结束读写数据

Thread-2barrier Runnable

Thread-2所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Thread-1所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Thread-0所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Thread-3所以线程都读取完毕,开始其他的操作

Semaphore

A counting semaphore. Conceptually, a semaphore maintains a set of

  • permits. Each {@link #acquire} blocks if necessary until a permit is
  • available, and then takes it. Each {@link #release} adds a permit,
  • potentially releasing a blocking acquirer.
  • However, no actual permit objects are used; the {@code Semaphore} just
  • keeps a count of the number available and acts accordingly.

翻译:计数信号量从概念上讲,信号量维护着一组信号许可证。 每个{@link #acquire}都会根据需要进行阻止,直到获得许可可用,然后把它。 每个{@link #release}都会添加一个许可证,潜在地释放阻止的收购方。但是,没有使用实际的许可证对象; 只是信号量而已保持可用数量的计数,并采取相应的行动。

Semaphore翻译成字面意思为 信号量,Semaphore可以控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 release() 释放一个许可。

public Semaphore(int permits) {          //参数permits表示许可数目,即同时可以允许多少线程进行访问
    sync = new NonfairSync(permits);
}

public Semaphore(int permits, boolean fair) {    //这个多了一个参数fair表示是否是公平的,即等待时间越久的越先获取许可
    sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法,首先是acquire()、release()方法:

public void acquire() throws InterruptedException { 

 }     //获取一个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
 
}    //获取permits个许可
public void release() {

 }          //释放一个许可
public void release(int permits) { 

}    //释放permits个许可

acquire()用来获取一个许可,若无许可能够获得,则会一直等待,直到获得许可。

release()用来释放许可。注意,在释放许可之前,必须先获获得许可。

这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:

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
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //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,否则则立即返回false
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
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可,若在

另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

public class SemaphoreTest {

    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore=new Semaphore(3);

        for (int i=0;i<10;i++ ){
           new Thread(new Worker(semaphore,i)).start();
        }
    }

    static class Worker implements Runnable{
        Semaphore semaphore;
        int num;

        public Worker(Semaphore semaphore,int i){
            this.semaphore=semaphore;
            this.num=i;
        }

        @Override
        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();
            }
        }
    }
}


下面对上面说的三个辅助类进行一个总结:

  • 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等待若干个其他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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本文出自方志朋的博客


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