CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger

CountDownLatch：

允许N个线程等待其他线程完成执行。无法进行重复使用，只能用一次。

比如有2个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

public class Test {

     public static void main(String[] args) {    

         final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

         new Thread(){

             public void run() {

                 try {

                     System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");

                    Thread.sleep(3000);

                    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(3000);

                     System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");

                     latch.countDown();

                } catch (InterruptedException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

             };

         }.start();

         try {

             System.out.println("等待2个子线程执行完毕...");

            latch.await();

            System.out.println("2个子线程已经执行完毕");

            System.out.println("继续执行主线程");

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

     } 

}
线程Thread-0正在执行
线程Thread-1正在执行
等待2个子线程执行完毕...
线程Thread-0执行完毕
线程Thread-1执行完毕
2个子线程已经执行完毕
继续执行主线程

CyclicBarrier

实现让N个线程等待至某个状态（达到初始化数量值）之后再全部同时执行，并且要全部线程都执行cyclicBarrier.await();后才执行线程后续逻辑。

在初次的4个线程越过barrier状态后，又可以用来进行新一轮的使用，可重复使用。

比如聚餐，一个人先到了就开始等待，又来一个。。直到全部人到期后，这时才能吃饭，全部吃完后由一个人去结账(runable)，最后每个人去做自己的事情。

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("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");

            try {

                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作

                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");

                cyclicBarrier.await();

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }catch(BrokenBarrierException e){

                e.printStackTrace();

            }

            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");

        }

    }

}
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

　　从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。

　　当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。

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("当前线程"+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("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");

            try {

                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作

                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");

                cyclicBarrier.await();

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }catch(BrokenBarrierException e){

                e.printStackTrace();

            }

            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");

        }

    }

}
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
当前线程Thread-3
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

从结果可以看出，当四个线程都到达barrier状态后，会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。

Semaphore

可以控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。

假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        int N = 8;            //工人数

        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目

        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+"占用一个机器在生产...");

                Thread.sleep(2000);

                System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");

                semaphore.release();            

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

    }

}
工人0占用一个机器在生产...
工人1占用一个机器在生产...
工人2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0释放出机器
工人2释放出机器
工人3占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人4释放出机器
工人5释放出机器
工人1释放出机器
工人6占用一个机器在生产...
工人3释放出机器
工人7释放出机器
工人6释放出机器

下面对上面说的三个辅助类进行一个总结：

　　1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：

　　　　CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；

　　　　而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；

　　　　另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。

　　2）Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。

Exchanger

Exchanger可以在两个线程之间交换数据，只能是2个线程，他不支持更多的线程之间互换数据。

当线程A调用Exchange对象的exchange()方法后，他会陷入阻塞状态，直到线程B也调用了exchange()方法，然后以线程安全的方式交换数据，之后线程A和B继续运行。

public class ThreadLocalTest {  

    public static void main(String[] args) {
        Exchanger<List<Integer>> exchanger = new Exchanger<>();
        new Consumer(exchanger).start();
        new Producer(exchanger).start();
    }  

}  

class Producer extends Thread {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    Exchanger<List<Integer>> exchanger = null;
    public Producer(Exchanger<List<Integer>> exchanger) {
        super();
        this.exchanger = exchanger;
    }
    @Override
    public void run() {
        Random rand = new Random();
        for(int i=0; i<10; i++) {
            list.clear();
            list.add(rand.nextInt(10000));
            list.add(rand.nextInt(10000));
            list.add(rand.nextInt(10000));
            list.add(rand.nextInt(10000));
            list.add(rand.nextInt(10000));
            try {
                list = exchanger.exchange(list);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}  

class Consumer extends Thread {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    Exchanger<List<Integer>> exchanger = null;
    public Consumer(Exchanger<List<Integer>> exchanger) {
        super();
        this.exchanger = exchanger;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<10; i++) {
            try {
                list = exchanger.exchange(list);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.print(list.get(0)+", ");
            System.out.print(list.get(1)+", ");
            System.out.print(list.get(2)+", ");
            System.out.print(list.get(3)+", ");
            System.out.println(list.get(4)+", ");
        }
    }
}  

8041, 3278, 7654, 2981, 7529,
7091, 4699, 3542, 9739, 3587,
1981, 3427, 7698, 8519, 4319,
2119, 8179, 4338, 7676, 2617,
2772, 6843, 9765, 8948, 418,
7433, 7846, 9442, 6114, 6475,
9142, 4858, 6511, 6401, 9709,
6466, 9250, 3018, 8256, 8771,
80, 8762, 7367, 8664, 9053,
8008, 5456, 2018, 9806, 8194,