您的位置：首页 > 编程语言 > Java开发

Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore

2017-12-22 00:00 651 查看

在java 1.5中，提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。

以下是本文目录大纲：

一.CountDownLatch用法

二.CyclicBarrier用法

三.Semaphore用法

一.CountDownLatch用法

CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，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来实现这种功能了。

CountDownLatch类只提供了一个构造器：

1
public
CountDownLatch(
int
count) {  };
//参数count为计数值

然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：

1
2
3
public
void
await()
throws
InterruptedException { };
//调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行

public
boolean
await(
long
timeout, TimeUnit unit)
throws
InterruptedException { };
//和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行

public
void
countDown() { };
//将count值减1

下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
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();

   
}

}

}

执行结果：

1
2
3
4
5
6
7
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

二.CyclicBarrier用法
字面意思回环栅栏，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。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。

CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：

1
2
3
4
5
public
 
CyclicBarrier(
int
 
parties, Runnable barrierAction) {

}


public
 
CyclicBarrier(
int
 
parties) {

}

参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。

然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：

1
2
public
 
int
 
await()
throws
 
InterruptedException, BrokenBarrierException { };

public
 
int
 
await(
long
 
timeout, TimeUnit unit)
throws
 
InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

第一个版本比较常用，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；

第二个版本是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。

下面举几个例子就明白了：

假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
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..."
);

   
}

}

}

执行结果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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。

如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
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..."
);

   
}

}

}

运行结果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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。

下面看一下为await指定时间的效果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
public
 
class
 
Test {

public
 
static
 
void
 
main(String[] args) {

   
int
 
N =
4
;

   
CyclicBarrier barrier  =
new
 
CyclicBarrier(N);


   
for
(
int
 
i=
0
;i<N;i++) {

  
if
(i<N-
1
)

 
new
 
Writer(barrier).start();

  
else
 
{

 
try
 
{

Thread.sleep(
5000
);

 
}
catch
 
(InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

 
}

 
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"
);

 
try
 
{

cyclicBarrier.await(
2000
, TimeUnit.MILLISECONDS);

 
}
catch
 
(TimeoutException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

 
}

  
}
catch
 
(InterruptedException e) {

 
e.printStackTrace();

  
}
catch
(BrokenBarrierException e){

 
e.printStackTrace();

  
}

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

   
}

}

}

执行结果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
线程Thread-
0
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-
1
写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-
3
正在写入数据...

java.util.concurrent.TimeoutException

Thread-
1
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
0
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:
58
)

java.util.concurrent.BrokenBarrierException

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:
58
)

java.util.concurrent.BrokenBarrierException

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:
58
)

Thread-
2
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

java.util.concurrent.BrokenBarrierException

线程Thread-
3
写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:
58
)

Thread-
3
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

上面的代码在main方法的for循环中，故意让最后一个线程启动延迟，因为在前面三个线程都达到barrier之后，等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier，就抛出异常并继续执行后面的任务。

另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
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();

   
}


   
try
 
{

  
Thread.sleep(
25000
);

   
}
catch
 
(InterruptedException e) {

  
e.printStackTrace();

   
}


   
System.out.println(
"CyclicBarrier重用"
);


   
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(Thread.currentThread().getName()+
"所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."
);

   
}

}

}

执行结果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
线程Thread-
0
正在写入数据...

线程Thread-
1
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
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-
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

Thread-
0
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
3
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
1
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
2
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

CyclicBarrier重用

线程Thread-
4
正在写入数据...

线程Thread-
5
正在写入数据...

线程Thread-
6
正在写入数据...

线程Thread-
7
正在写入数据...

线程Thread-
7
写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-
5
写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-
6
写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-
4
写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

Thread-
4
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
5
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
6
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-
7
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

从执行结果可以看出，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。而CountDownLatch无法进行重复使用。

三.Semaphore用法
Semaphore翻译成字面意思为 信号量，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。

Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：

1
2
3
4
5
6
public
 
Semaphore(
int
 
permits){
//参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问

sync =
new
 
NonfairSync(permits);

}

public
 
Semaphore(
int
 
permits,
boolean
 
fair) {
//这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可

sync =(fair)? 
new
 
FairSync(permits):
new
 
NonfairSync(permits);

}

下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：

1
2
3
4
public
 
void
 
acquire()
throws
 
InterruptedException {  }
//获取一个许可

public
 
void
 
acquire(
int
 
permits)
throws
 
InterruptedException { }
//获取permits个许可

public
 
void
 
release() { }
//释放一个许可

public
 
void
 
release(
int
 
permits){ }
//释放permits个许可

acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。

release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。

这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
2
3
4
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

public
 
boolean
 
tryAcquire(
long
 
timeout, TimeUnit unit)
throws
 
InterruptedException { };
//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，否则则立即返回false

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

public
 
boolean
 
tryAcquire(
int
 
permits,
long
 
timeout, TimeUnit unit)
throws
 
InterruptedException { };
//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，否则则立即返回false

另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用：

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：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
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();

  
}

   
}

}

}

执行结果：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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。
                                            

                                        

                        
                        内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 点击这里给我发消息 
                    

                    

                    

                        

                         标签： 
                                                线程
                                                等待
                                                并发
                                                

                        

                    


                

            


            

                
相关文章推荐

                

                
            

        

        

            

            
            

                

                    
新的分享

                    

                        
                    

                

            


            

                

                    
章节导航