CountDownLatch（闭锁）、Semaphore（信号量）、CyclicBarrier

一、CountDowmLatch（闭锁）（倒计数锁存器）

　　它相当于一个计数器。用一个给定的数值初始化CountDownLatch，之后计数器就从这个值开始倒计数，直到计数值达到零。

　　CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，在完成某些运算时，只有其他所有线程的运算全部完成，当前运算才继续执行。利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务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。

　　CountDownLatch是通过“共享锁”实现的。在创建CountDownLatch时，会传递一个int类型参数，该参数是“锁计数器”的初始状态，表示该“共享锁”最多能被count个线程同时获取，这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。主线程必须在启动其他线程后立即调用await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。当某线程调用该CountDownLatch对象的await()方法时，该线程会等待“共享锁”可用时，才能获取“共享锁”进而继续运行。而“共享锁”可用的条件，就是“锁计数器”的值为0。而“锁计数器”的初始值为count，每当一个线程调用该CountDownLatch对象的countDown()方法时，才将“锁计数器”-1；通过这种方式，必须有count个线程调用countDown()之后，“锁计数器”才为0，而前面提到的等待线程才能继续运行。

　　两个重要的函数：

　　　　await()函数的作用是让线程阻塞等待其他线程，直到CountDownLatch的计数值变为0，才继续执行之后的操作。

　　　　countDown()函数：这个函数用来将CountDownLatch的计数值减1，如果计数达到0，则释放所有等待的线程。

它的应用场景：

　　一个任务，它需要等待其他的一些任务都执行完毕之后它才能继续执行。

　　比如：开5个多线程去下载，当5个线程都执行完了才算下载成功。

 final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
 new Thread(){
     public void run() {
         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();
     };
 }.start();
 new Thread(){
     public void run() {
         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();
     };
 }.start();
 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");
 }

二、Semaphore（信号量-控制同时访问的线程个数）

　　信号量可以控制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，而通过release()释放一个许可。

Semaphore类中比较重要的几个方法：

　　1）public void acquire()：用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，知道获得许可。

　　2）public void acquire(int permits)：获取permits个许可。

　　3）public void release(){}：释放许可，注意，在释放许可之前，必须先获得许可。

　　4）public void release(int permits){}：释放permits个许可。

上面4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法：

　　1）public boolean tryAcquire()：尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false。

　　2）public boolean tryAcquire(long timeout,TimeUnit unit)：尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则立即返回false。

　　3）public boolean tryAcquire(int permits)：尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false。

　　4）public boolean tryAcquire(int permits,long timeout,TimeUnit unit)：尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则立即返回false。

　　5）还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

　　例子：若一个工厂有5台机器，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：

 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;
     }
     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();
         }
     }
 }

三、CyclicBarrier（回环栅栏-等待至barrier状态再全部同时执行）

　　回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行，叫做回环，是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这种状态叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。

　　CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有两个重载版本：

　　　　1）public int await()：用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务。

　　　　2）public int await(long timeout,TimeUnit unit)：让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。

CountDownLatch和CyclicBarrier的区别?

　　1）CountDownLatch的作用是允许1个线程等待其他线程执行完成之后，它才执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待至某个公共屏障点，然后这一组线程再同时执行。

　　2）CountDownLatch的计数器的值无法被重置，这个初始值只能被设置一次，是不能够重用的；CyclicBarrier是可以重用的。

　　具体使用如下：

  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;
      }
  public void run() {
      try {
          Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟线程需要预定写入数据操作
 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，比如数据操作");
      }
  }

三者之间的联系与区别：

　　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。

　　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。