并发工具类：CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore

在多线程的场景下，有些并发流程需要人为来控制，在JDK的并发包里提供了几个并发工具类：CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore。

一、CountDownLatch

 import java.util.concurrent.CountDownLatch;

 public class CountDownLatchTest
 {
　　　　//设置N为2
     static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
     public static void main(String[] args) throws Exception
     {
         Thread t1 = new Thread(new Runnable()
         {

             @Override
             public void run()
             {
                 System.out.println("1");
　　　　　　　　　　　//将N减1
                 c.countDown();
             }
         });

         Thread t2 = new Thread(new Runnable()
         {

             @Override
             public void run()
             {
                 System.out.println("2");
                 c.countDown();
             }
         });
         t1.start();
         t2.start();
　　　　　　//让当前线程等待，直到计数N为0
         c.await();
         System.out.println("3");
     }
 }

执行结果：

1
2
3

这里会存在两种结果：123或者213，但是绝对不会出现3打印在1、2前面的。

new CountDownLatch(2);

这个CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，N表示阻塞的线程必须等待N次countDown才能执行。

每次调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，而这个方法可以使用在任何地方，这里的N点可以是N个线程，也可以是一个线程中N个步骤。

而CountDownLatch的await方法则会阻塞当前线程，直到N为0的时候才能执行。

我们将上面的程序改造下，让线程中有两个打印动作，并且第二个动作前线程休眠一段时间：

 import java.util.concurrent.CountDownLatch;

 public class CountDownLatchTest
 {
     static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
     public static void main(String[] args) throws Exception
     {
         Thread t1 = new Thread(new Runnable()
         {

             @Override
             public void run()
             {
                 System.out.println("1");
                 c.countDown();
                 try
                 {
                     Thread.sleep(500);
                     System.out.println("2");
                 }
                 catch (InterruptedException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
         });

         Thread t2 = new Thread(new Runnable()
         {

             @Override
             public void run()
             {
                 System.out.println("3");
                 c.countDown();
             }
         });
         t1.start();
         t2.start();
         c.await();
         System.out.println("4");
     }
 }

执行结果：

1
3
4
2

这个结果是由于在打印完1、3之后，N已经变化为0，主线程执行打印4，由于线程1休眠，所以2最后才打印。

在上面的程序中，如果将N设置为3，则主线程中的打印4永远不会执行，因为没有N永远只会到1而不会减少到0.

在这里我们想起了线程的join方法，这个方法也是可以阻塞当前线程，等待某线程执行完成。通过对比，我们可以发现使用CountDownLatch这个工具类更灵活，因为countDown可以用在任何线程的任何地方。

CountDownLatch适合一个大任务拆分成多个小任务，然后在所有子任务完成后，通知其他的后续操作开始执行。

二、同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier默认的构造方法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我已经到达屏障，然后当前线程被阻塞，直到被拦截的线程全部都到达了屏障，然后前面被阻塞的线程才能开始执行，否则会被一直阻塞。

 public class CyclicBarrierTest
 {
     static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(3);

     public static void main(String[] args)
         throws Throwable, BrokenBarrierException
     {
         Thread t1 = new Thread(new Runnable()
         {
             @Override
             public void run()
             {
                 try
                 {
                     c.await();
                 }
                 catch (InterruptedException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 catch (BrokenBarrierException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println("1");

             }
         });
         Thread t2 = new Thread(new Runnable()
         {
             @Override
             public void run()
             {
                 try
                 {
                     c.await();
                 }
                 catch (InterruptedException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 catch (BrokenBarrierException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println("2");
             }
         });

         t1.start();
         t2.start();
         c.await();
         System.out.println("3");
     }
 }

执行结果：

3
1
2

上述中被屏障拦截的线程有3个，其中线程1和线程2执行的时候先到达屏障，然后被阻塞，主线程执行第52行到达屏障，至此阻塞的三个线程全部到达屏障，然后阻塞的线程可以去竞争CPU开始执行。

如果将拦截的线程数修改为4：

static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4);

这样的话被拦截的线程数有4个，但是只有三个线程调用await方法告诉CyclicBarrier，我到达了屏障。所以这三个线程都会被阻塞。

另外还有一点就是CyclicBarrier的计数器可以重置，例如设置的是拦截线程数量为2，但是有3个线程调用了await()方法表示到达了屏障，这个时候会出现最先达到屏障的两个线程顺利执行完毕，而最后到达的第三个线程则一直被阻塞，因为它等不到另外一个线程到达屏障了。

而如果拦截线程的数量依旧为2，但是有4个线程调用了await()方法，那么这4个线程是分两批执行的，前两个线程满足拦截的线程数，到达屏障后放行；然后CyclicBarrier的计数器重置，后面两个线程到达屏障后放行。

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

 import sun.java2d.SunGraphicsEnvironment.T1Filter;

 public class CyclicBarrierTest
 {
     static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);

     public static void main(String[] args) throws Throwable, BrokenBarrierException
     {
         Thread t1 = new Thread(new Runnable()
         {
             @Override
             public void run()
             {
                 try
                 {
                     c.await();
                 }
                 catch (InterruptedException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 catch (BrokenBarrierException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println("1");

             }
         });
         Thread t2 = new Thread(new Runnable()
         {
             @Override
             public void run()
             {
                 try
                 {
                     c.await();
                 }
                 catch (InterruptedException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 catch (BrokenBarrierException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println("2");
             }
         });

         Thread t3 = new Thread(new Runnable()
         {
             @Override
             public void run()
             {
                 try
                 {
                     c.await();
                 }
                 catch (InterruptedException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 catch (BrokenBarrierException e)
                 {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println("3");

             }
         });
         t1.start();
         t2.start();
         t3.start();
         c.await();
         System.out.println("4");
     }
 }

CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并结果的场景；由于CyclicBarrier的计数器可以重置，所以可以使用它处理更为复杂的业务场景，而CountDownLatch计数器只能使用一次。

三、信号量Semaphore

无论是内部锁synchronized还是重入锁ReentrantLock，一次都只允许一个线程访问某一个资源，而信号量却可以指定多个线程同时访问某一资源；主要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。

 public class SemaphoreTest implements Runnable
 {
     final Semaphore s = new Semaphore(5);
     @Override
     public void run()
     {
         try
         {
             s.acquire();
             Thread.sleep(1000);
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is done");
             s.release();
         }
         catch (InterruptedException e)
         {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

public class MainTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        SemaphoreTest s = new SemaphoreTest();
        //创建一个可重用固定线程数的线程池，线程数量为20
        ExecutorService threadPool= Executors.newFixedThreadPool(20);
        for(int i=0;i<20;i++)
        {
            threadPool.submit(s);
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

执行的结果是每五个线程为一组打印消息。

线程池里面有20个可重复使用的线程数量，但是信号量只有5个，也就是每次只能并发5个线程执行，其他线程阻塞。

信号量为5，可以认为线程池里有5把锁，每个线程调用acquire和release分别表示获取锁和释放锁，这样，通过信号量就可以调度多个线程的执行。