CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore浅析和举例

一、CountDownLatch

   CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。  

       CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减1。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成一些任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

1、CountDownLatch的用法

  某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownLatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上await()的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。  实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1)，将其计算器初始化为1，多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await()，当主线程调用countDown()时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。

2、CountDownLatch的不足

  CountDownLatch是一次性的，计算器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch使用完毕后，它不能再次被使用。

3、底层原理

借助了AQS队列同步器来完成功能。

4、实例

public class Main {

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

       CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

       System.out.println("主线程开始执行");

       new Thread(() -> {

           for (int i = 0; i < 3; i++) {

               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + i);

           }

           countDownLatch.countDown();

       }).start();

       new Thread(() -> {

           for (int i = 0; i < 3; i++) {

               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + i);

           }

           countDownLatch.countDown();

       }).start();

       countDownLatch.await();

       System.out.println("两个子线程都执行完毕，继续执行主线程");

   }}

控制台输出：

主线程开始执行

Thread-0->0

Thread-0->1

Thread-0->2

Thread-1->0

Thread-1->1

Thread-1->2

两个子线程都执行完毕，继续执行主线程

二、CyclicBarrier

  CyclicBarrier是一个同步工具类。利用CyclicBarrier类可以实现一组线程相互等待，当所有线程都到达某个屏障点后再进行后续的操作。例如比赛时要等运动员都上场后才开始。

1、底层原理

CyclicBarrier 基于 Condition 来实现的。

2、实例

public class Main {

static class TaskThread extends Thread {

CyclicBarrier barrier;

public TaskThread(CyclicBarrier barrier) {

this.barrier = barrier;

}

@Override

public void run() {

try {

Thread.sleep(1000);

System.out.println(getName() + "比赛准备");

barrier.await();

System.out.println(getName() + "到达终点");

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

public static void main(String[] args) {

int threadNum = 5;

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadNum, () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "最后一个也准备好了，比赛开始"));

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

new TaskThread(barrier).start();

}

}

}

控制台输出：

Thread-1比赛准备

Thread-0比赛准备

Thread-3比赛准备

Thread-4比赛准备

Thread-2比赛准备

Thread-2最后一个也准备好了，比赛开始

Thread-2到达终点

Thread-0到达终点

Thread-4到达终点

Thread-3到达终点

Thread-1到达终点三、Semaphore

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

1、底层原理

Semaphore 内部是通过 AQS 来实现的。

2、实例

public class Main {

// 小区楼下停车场同时容纳的车辆2

private static Semaphore semaphore = new Semaphore(2);

public static void main(String[] args) {

// 模拟5辆车进入停车场

for (int i = 0; i < 5; i++) {

new Thread(() -> {

try {

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "来到停车场");

if (semaphore.availablePermits() == 0) {

System.out.println("车位不足，请耐心等待");

}

// 获取令牌尝试进入停车场

semaphore.acquire();

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "成功进入停车场");

// 模拟车辆在停车场停留的时间

Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "驶出停车场");

// 释放令牌，腾出停车场车位

semaphore.release();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}, i + "号车").start();

}

}

}

控制台输出：

0号车来到停车场

4号车来到停车场

0号车成功进入停车场

2号车来到停车场

车位不足，请耐心等待

3号车来到停车场

车位不足，请耐心等待

1号车来到停车场

车位不足，请耐心等待

4号车成功进入停车场

0号车驶出停车场

2号车成功进入停车场

4号车驶出停车场

3号车成功进入停车场

2号车驶出停车场

1号车成功进入停车场

1号车驶出停车场

3号车驶出停车场四、拓展1、CycliBarriar和CountdownLatch的区别？

答：

（1）CyclicBarrier的计数器由自己控制，而CountDownLatch的计数器则由使用者来控制。（2）CountDownLatch只能拦截一轮，而CyclicBarrier可以实现循环拦截。