5.5. Java并发工具类（如CountDownLatch、CyclicBarrier等）

5.5.1 CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步辅助类，它允许一个或多个线程等待，直到其他线程完成一组操作。CountDownLatch有一个计数器，当计数器减为0时，等待的线程将被唤醒。计数器只能减少，不能增加。

示例：使用CountDownLatch等待所有线程完成任务

假设我们有一个任务需要三个子任务完成，我们可以使用CountDownLatch来等待所有子任务完成。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            final int taskNumber = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Task " + taskNumber + " started");
                try {
                    Thread.sleep(1000 * taskNumber);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskNumber + " completed");
                latch.countDown();
            }).start();
        }

        System.out.println("Waiting for all tasks to complete...");
        latch.await();
        System.out.println("All tasks completed");
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个CountDownLatch并设置初始计数器为3。每个子任务完成后，调用latch.countDown()减少计数器。主线程调用latch.await()等待所有子任务完成。

5.5.2 CyclicBarrier

CyclicBarrier是一个同步辅助类，它允许一组线程相互等待，直到所有线程都准备好继续执行。当所有线程都到达屏障点时，屏障将打开。CyclicBarrier可以重复使用。

示例：使用CyclicBarrier同步多个线程

假设我们有三个线程需要在某个点同步，我们可以使用CyclicBarrier实现这个目的。

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> System.out.println("All threads are ready to proceed"));

        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            final int taskNumber = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Task " + taskNumber + " is ready");
                try {
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskNumber + " is proceeding");
            }).start();
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个CyclicBarrier并设置参与者数量为3。每个线程在准备好继续执行之前调用barrier.await()。当所有线程都准备好时，屏障将打开，所有线程将继续执行。

5.5.3 Semaphore

Semaphore是一个计数信号量，它维护了一个许可集。线程可以请求许可，如果有可用的许可，线程将获得许可并继续执行。否则，线程将阻塞，直到有可用的许可。许可可以由任何线程释放。Semaphore可用于实现资源池、限制并发访问等。

示例：使用Semaphore限制并发访问

假设我们有一个只能同时处理三个请求的服务器，我们可以使用Semaphore来实现并发访问限制。

import java.util.concurrent.Semaphore;

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

        for (int i = 1; i <= 10; i++)            final int clientNumber = i;
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println("Client " + clientNumber + " is trying to connect");
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("Client " + clientNumber + " is connected");
                    Thread.sleep(2000);
                    System.out.println("Client " + clientNumber + " is disconnected");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release();
                }
            }).start();
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个Semaphore并设置初始许可数量为3。每个客户端线程在连接服务器之前调用semaphore.acquire()请求许可。当许可可用时，线程将获得许可并继续执行。线程完成后，调用semaphore.release()释放许可。

5.5.4 Exchanger

Exchanger是一个同步辅助类，它允许两个线程在一个临界点交换数据。当两个线程都到达交换点时，它们将交换数据。Exchanger可以用于遗传算法、管道设计等。

示例：使用Exchanger交换数据

假设我们有两个线程，一个生成数据，另一个处理数据。我们可以使用Exchanger在这两个线程之间交换数据。

import java.util.concurrent.Exchanger;

public class ExchangerExample {
    public static void main(String[] args) {
        Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

        new Thread(() -> {
            try {
                String data = "Data from producer";
                System.out.println("Producer is sending: " + data);
                String receivedData = exchanger.exchange(data);
                System.out.println("Producer received: " + receivedData);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                String data = "Data from consumer";
                System.out.println("Consumer is sending: " + data);
                String receivedData = exchanger.exchange(data);
                System.out.println("Consumer received: " + receivedData);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个Exchanger。生产者和消费者线程在交换数据前调用exchanger.exchange(data)。当两个线程都到达交换点时，它们将交换数据。

5.5.5 Phaser

Phaser是一个灵活的同步辅助类，它允许一组线程相互等待，直到所有线程都准备好继续执行。与CyclicBarrier类似，但Phaser更加灵活，可以动态调整参与者数量和支持多个阶段。

示例：使用Phaser同步多个线程

假设我们有三个线程需要在某个点同步，我们可以使用Phaser实现这个目的。

import java.util.concurrent.Phaser;

public class PhaserExample {
    public static void main(String[] args) {
        Phaser phaser = new Phaser(3);

        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            final int taskNumber = i;
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Task " + taskNumber + " is ready");
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();
                System.out.println("Task " + taskNumber + " is proceeding");
            }).start();
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个Phaser并设置参与者数量为3。每个线程在准备好继续执行之前调用phaser.arriveAndAwaitAdvance()。当所有线程都准备好时，屏障将打开，所有线程将继续执行。

这些并发工具类为Java多线程编程提供了强大的支持，帮助我们更轻松地实现各种同步和并发场景。希望这些示例能帮助你理解并掌握这些工具类的用法。

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