【Java多线程】JUC包下的工具类CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

前言

JUC中为了满足在并发编程中不同的需求，提供了几个工具类供我们使用，分别是CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore，其原理都是使用了AQS来实现，下面分别进行介绍。

CountDownLatch

CountDownLatch的主要作用是利用计数来保证线程的执行顺序（我自己的理解），有点像倒计时，当计数为0时某个线程才能开始执行。

CountDownLatch的主要方法很简单易用，包括：

• CountDownLatch(int count) ： 构造方法，需要传入计数的初始值
• void await() ： 调用者线程会被挂起，直到计数为0时才能执行
• boolean await(long timeout, TimeUnit unit) ： 同上，但是加入了超时参数，如果超时了计数还不为0，也会照样执行，避免了一直阻塞
• void countDown() ： 计数减一

示例代码：CountDownLatchTest.java

package juc.util;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * Created by puyangsky on 2017/1/7.
 */
public class CountDownLatchTest {
    public static void main(String[] args) {
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

		//用了匿名类创建线程
        new Thread() {
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                    Thread.sleep(2000);
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                    latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();

        new Thread() {
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
                    Thread.sleep(2000);
                    System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
                    latch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();

        System.out.println("主线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("主线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
    }
}

结果：

主线程main正在执行
子线程Thread-0正在执行
子线程Thread-1正在执行
子线程Thread-0执行完毕
子线程Thread-1执行完毕
主线程main执行完毕

可以从结果中看到主线程本来是最先执行完，结果需要等两个子线程执行完才结束，就是因为调用了await方法。

CyclicBarrier

CyclicBarrier的意思是回环栅栏，作用是让一组线程同时到达某个时间节点。提供的重要方法如下：

• CyclicBarrier(int parties) ： 构造方法，传入线程组的数量
• CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) ： 构造方法，传入线程组的数量和当线程达到时间节点后要做的操作（由其中的某一个线程去执行）
• int await() : 挂起当前线程，直到所有线程组中的线程都完成后继续执行，返回当前线程到达的次序
• int await(long timeout, TimeUnit unit) ： 加了一个超时参数

示例代码 CyclicBarrierTest.java：

package juc.util;

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

/**
 * Created by puyangsky on 2017/1/7.
 */
public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        for (int i=0;i<5;i++) {
            new Task(barrier).start();
        }
    }

    static class Task extends Thread {
        private CyclicBarrier barrier;

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

        public void run() {
            System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完成");
                barrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("全部线程执行完成");
        }
    }
}

结果：

子线程Thread-0正在执行
子线程Thread-3正在执行
子线程Thread-2正在执行
子线程Thread-1正在执行
子线程Thread-4正在执行
子线程Thread-3执行完成
子线程Thread-2执行完成
子线程Thread-0执行完成
子线程Thread-1执行完成
子线程Thread-4执行完成
当前线程Thread-4
全部线程执行完成
全部线程执行完成
全部线程执行完成
全部线程执行完成
全部线程执行完成

可以看到这一组线程是同步的去执行的。

Semaphore

Semaphore的意思是信号量，其作用是提供一个许可范围，只有获得了许可才能继续执行。

• Semaphore(int permits)：构造方法，需要传入许可数
• Semaphore(int permits, boolean fair)：fair为true时使用公平锁，false时使用非公平锁，具体在介绍AQS时讲解
• void acquire()：获得许可，可中断
• void acquireUninterruptibly()：不可中断的获取
• void release()：释放许可

示例 SemaphoreTest.java

package juc.util;

import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
 * Created by puyangsky on 2017/1/7.
 */
public class SemaphoreTest {

    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
        for (int i = 0;i < 10;i++) {
            new Worker(i, semaphore).start();
        }
    }

    static class Worker extends Thread {
        private Semaphore semaphore;
        private int num;

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

        public void run() {
            try {

                semaphore.acquire();
                System.out.println("工人" + (this.num + 1) + "占用一个机器在生产...");
                Thread.sleep(2000);

                System.out.println("工人" + (this.num + 1) + "释放一个机器...");
                semaphore.release();

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

结果

工人1占用一个机器在生产...
工人3占用一个机器在生产...
工人4占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人1释放一个机器...
工人5释放一个机器...
工人4释放一个机器...
工人7释放一个机器...
工人3释放一个机器...
工人8占用一个机器在生产...
工人9占用一个机器在生产...
工人10占用一个机器在生产...
工人6占用一个机器在生产...
工人2占用一个机器在生产...
工人9释放一个机器...
工人6释放一个机器...
工人10释放一个机器...
工人8释放一个机器...
工人2释放一个机器...

可以看到每次只有五个线程能运行，其他线程只有等待这五个线程释放许可后才能运行。

参考文章：

• Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
• jdk1.7