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Java并發(fā)編程:CountDownLatch與CyclicBarrier和Semaphore的實(shí)例詳解

 更新時(shí)間:2017年09月19日 11:58:49   投稿:lqh  
這篇文章主要介紹了Java并發(fā)編程:CountDownLatch與CyclicBarrier和Semaphore的實(shí)例詳解的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

Java并發(fā)編程:CountDownLatch與CyclicBarrier和Semaphore的實(shí)例詳解

在java 1.5中,提供了一些非常有用的輔助類來(lái)幫助我們進(jìn)行并發(fā)編程,比如CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore,今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)一下這三個(gè)輔助類的用法。

以下是本文目錄大綱:

一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法

若有不正之處請(qǐng)多多諒解,并歡迎批評(píng)指正。

一.CountDownLatch用法

CountDownLatch類位于java.util.concurrent包下,利用它可以實(shí)現(xiàn)類似計(jì)數(shù)器的功能。比如有一個(gè)任務(wù)A,它要等待其他4個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢之后才能執(zhí)行,此時(shí)就可以利用CountDownLatch來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能了。

CountDownLatch類只提供了一個(gè)構(gòu)造器:

public CountDownLatch(int count) { }; //參數(shù)count為計(jì)數(shù)值

然后下面這3個(gè)方法是CountDownLatch類中最重要的方法:

public void await() throws InterruptedException { };  //調(diào)用await()方法的線程會(huì)被掛起,它會(huì)等待直到count值為0才繼續(xù)執(zhí)行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //和await()類似,只不過(guò)等待一定的時(shí)間后count值還沒(méi)變?yōu)?的話就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行
public void countDown() { }; //將count值減1

下面看一個(gè)例子大家就清楚CountDownLatch的用法了:

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

     new Thread(){
       public void run() {
         try {
           System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
          Thread.sleep(3000);
          System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"執(zhí)行完畢");
          latch.countDown();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
       };
     }.start();

     new Thread(){
       public void run() {
         try {
           System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在執(zhí)行");
           Thread.sleep(3000);
           System.out.println("子線程"+Thread.currentThread().getName()+"執(zhí)行完畢");
           latch.countDown();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
       };
     }.start();

     try {
       System.out.println("等待2個(gè)子線程執(zhí)行完畢...");
      latch.await();
      System.out.println("2個(gè)子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢");
      System.out.println("繼續(xù)執(zhí)行主線程");
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
   }
}

執(zhí)行結(jié)果:

線程Thread-0正在執(zhí)行
線程Thread-1正在執(zhí)行
等待2個(gè)子線程執(zhí)行完畢...
線程Thread-0執(zhí)行完畢
線程Thread-1執(zhí)行完畢
2個(gè)子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢
繼續(xù)執(zhí)行主線程

二.CyclicBarrier用法

字面意思回環(huán)柵欄,通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)讓一組線程等待至某個(gè)狀態(tài)之后再全部同時(shí)執(zhí)行。叫做回環(huán)是因?yàn)楫?dāng)所有等待線程都被釋放以后,CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個(gè)狀態(tài)就叫做barrier,當(dāng)調(diào)用await()方法之后,線程就處于barrier了。

CyclicBarrier類位于java.util.concurrent包下,CyclicBarrier提供2個(gè)構(gòu)造器:

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
}

public CyclicBarrier(int parties) {
}

參數(shù)parties指讓多少個(gè)線程或者任務(wù)等待至barrier狀態(tài);參數(shù)barrierAction為當(dāng)這些線程都達(dá)到barrier狀態(tài)時(shí)會(huì)執(zhí)行的內(nèi)容。

然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2個(gè)重載版本:

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

第一個(gè)版本比較常用,用來(lái)掛起當(dāng)前線程,直至所有線程都到達(dá)barrier狀態(tài)再同時(shí)執(zhí)行后續(xù)任務(wù);

第二個(gè)版本是讓這些線程等待至一定的時(shí)間,如果還有線程沒(méi)有到達(dá)barrier狀態(tài)就直接讓到達(dá)barrier的線程執(zhí)行后續(xù)任務(wù)。

下面舉幾個(gè)例子就明白了:

假若有若干個(gè)線程都要進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作,并且只有所有線程都完成寫數(shù)據(jù)操作之后,這些線程才能繼續(xù)做后面的事情,此時(shí)就可以利用CyclicBarrier了:

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

    @Override
    public void run() {
      System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
      try {
        Thread.sleep(5000);   //以睡眠來(lái)模擬寫入數(shù)據(jù)操作
        System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢");
        cyclicBarrier.await();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }catch(BrokenBarrierException e){
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...");
    }
  }
}

執(zhí)行結(jié)果:

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...

從上面輸出結(jié)果可以看出,每個(gè)寫入線程執(zhí)行完寫數(shù)據(jù)操作之后,就在等待其他線程寫入操作完畢。

當(dāng)所有線程線程寫入操作完畢之后,所有線程就繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的操作了。

如果說(shuō)想在所有線程寫入操作完之后,進(jìn)行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable參數(shù):

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    int N = 4;
    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println("當(dāng)前線程"+Thread.currentThread().getName());  
      }
    });

    for(int i=0;i<N;i++)
      new Writer(barrier).start();
  }
  static class Writer extends Thread{
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;
    public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
      this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
      System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
      try {
        Thread.sleep(5000);   //以睡眠來(lái)模擬寫入數(shù)據(jù)操作
        System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢");
        cyclicBarrier.await();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }catch(BrokenBarrierException e){
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...");
    }
  }
}

運(yùn)行結(jié)果:

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
當(dāng)前線程Thread-3
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...

從結(jié)果可以看出,當(dāng)四個(gè)線程都到達(dá)barrier狀態(tài)后,會(huì)從四個(gè)線程中選擇一個(gè)線程去執(zhí)行Runnable。

下面看一下為await指定時(shí)間的效果:

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

    for(int i=0;i<N;i++) {
      if(i<N-1)
        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 cyclicBarrier;
    public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
      this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
      System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
      try {
        Thread.sleep(5000);   //以睡眠來(lái)模擬寫入數(shù)據(jù)操作
        System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢");
        try {
          cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        } catch (TimeoutException e) {
          // TODO Auto-generated catch block
          e.printStackTrace();
        }
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }catch(BrokenBarrierException e){
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...");
    }
  }
}

執(zhí)行結(jié)果:

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-0所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
  at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
  at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
  at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-2所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
  at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
  at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-3所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...

上面的代碼在main方法的for循環(huán)中,故意讓最后一個(gè)線程啟動(dòng)延遲,因?yàn)樵谇懊嫒齻€(gè)線程都達(dá)到barrier之后,等待了指定的時(shí)間發(fā)現(xiàn)第四個(gè)線程還沒(méi)有達(dá)到barrier,就拋出異常并繼續(xù)執(zhí)行后面的任務(wù)。

另外CyclicBarrier是可以重用的,看下面這個(gè)例子:

/**
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 */
public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    int N = 4;
    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);

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

    try {
      Thread.sleep(25000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    System.out.println("CyclicBarrier重用");

    for(int i=0;i<N;i++) {
      new Writer(barrier).start();
    }
  }
  static class Writer extends Thread{
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;
    public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
      this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
      System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入數(shù)據(jù)...");
      try {
        Thread.sleep(5000);   //以睡眠來(lái)模擬寫入數(shù)據(jù)操作
        System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢");

        cyclicBarrier.await();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }catch(BrokenBarrierException e){
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...");
    }
  }
}

執(zhí)行結(jié)果:

線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
Thread-0所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-3所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-1所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-2所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
CyclicBarrier重用
線程Thread-4正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-5正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-6正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-7正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-7寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-5寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-6寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
線程Thread-4寫入數(shù)據(jù)完畢,等待其他線程寫入完畢
Thread-4所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-5所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-6所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-7所有線程寫入完畢,繼續(xù)處理其他任務(wù)...

從執(zhí)行結(jié)果可以看出,在初次的4個(gè)線程越過(guò)barrier狀態(tài)后,又可以用來(lái)進(jìn)行新一輪的使用。而CountDownLatch無(wú)法進(jìn)行重復(fù)使用。

三.Semaphore用法

Semaphore翻譯成字面意思為 信號(hào)量,Semaphore可以控同時(shí)訪問(wèn)的線程個(gè)數(shù),通過(guò) acquire() 獲取一個(gè)許可,如果沒(méi)有就等待,而 release() 釋放一個(gè)許可。

Semaphore類位于java.util.concurrent包下,它提供了2個(gè)構(gòu)造器:

public Semaphore(int permits) {     //參數(shù)permits表示許可數(shù)目,即同時(shí)可以允許多少線程進(jìn)行訪問(wèn)
  sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {  //這個(gè)多了一個(gè)參數(shù)fair表示是否是公平的,即等待時(shí)間越久的越先獲取許可
  sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

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

public void acquire() throws InterruptedException { }   //獲取一個(gè)許可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }  //獲取permits個(gè)許可
public void release() { }     //釋放一個(gè)許可
public void release(int permits) { }  //釋放permits個(gè)許可

acquire()用來(lái)獲取一個(gè)許可,若無(wú)許可能夠獲得,則會(huì)一直等待,直到獲得許可。

release()用來(lái)釋放許可。注意,在釋放許可之前,必須先獲獲得許可。

這4個(gè)方法都會(huì)被阻塞,如果想立即得到執(zhí)行結(jié)果,可以使用下面幾個(gè)方法:

public boolean tryAcquire() { };  //嘗試獲取一個(gè)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(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //嘗試獲取一個(gè)許可,若在指定的時(shí)間內(nèi)獲取成功,則立即返回true,否則則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { }; //嘗試獲取permits個(gè)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(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //嘗試獲取permits個(gè)許可,若在指定的時(shí)間內(nèi)獲取成功,則立即返回true,否則則立即返回false

另外還可以通過(guò)availablePermits()方法得到可用的許可數(shù)目。

下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)看一下Semaphore的具體使用:

假若一個(gè)工廠有5臺(tái)機(jī)器,但是有8個(gè)工人,一臺(tái)機(jī)器同時(shí)只能被一個(gè)工人使用,只有使用完了,其他工人才能繼續(xù)使用。那么我們就可以通過(guò)Semaphore來(lái)實(shí)現(xiàn):

/**
 * Java學(xué)習(xí)交流QQ群:589809992 我們一起學(xué)Java!
 */
public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    int N = 8;      //工人數(shù)
    Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機(jī)器數(shù)目
    for(int i=0;i<N;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+"占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機(jī)器");
        semaphore.release();      
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}

執(zhí)行結(jié)果:

工人0占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人1占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人2占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人4占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人5占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人0釋放出機(jī)器
工人2釋放出機(jī)器
工人3占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人7占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人4釋放出機(jī)器
工人5釋放出機(jī)器
工人1釋放出機(jī)器
工人6占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...
工人3釋放出機(jī)器
工人7釋放出機(jī)器
工人6釋放出機(jī)器

下面對(duì)上面說(shuō)的三個(gè)輔助類進(jìn)行一個(gè)總結(jié):

1)CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠?qū)崿F(xiàn)線程之間的等待,只不過(guò)它們側(cè)重點(diǎn)不同:

CountDownLatch一般用于某個(gè)線程A等待若干個(gè)其他線程執(zhí)行完任務(wù)之后,它才執(zhí)行; 而CyclicBarrier一般用于一組線程互相等待至某個(gè)狀態(tài),然后這一組線程再同時(shí)執(zhí)行; 另外,CountDownLatch是不能夠重用的,而CyclicBarrier是可以重用的。

2)Semaphore其實(shí)和鎖有點(diǎn)類似,它一般用于控制對(duì)某組資源的訪問(wèn)權(quán)限。

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