Java并发编程:CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore

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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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:


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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。

原文地址:https://www.cnblogs.com/yuanjx/p/10141939.html

时间: 2024-10-05 20:59:20

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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

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上篇博文([Java并发编程实战]-–"J.U.C":CyclicBarrier)LZ介绍了CyclicBarrier.CyclicBarrier所描述的是"允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点,才会进行后续任务".而CountDownlatch和它也有一点点相似之处:CountDownlatch所描述的是"在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待".在JDK API中是这样阐述的: 用给定的计数 初始化 Co

【Java并发编程实战】—–“J.U.C”:CyclicBarrier

在上篇博客([Java并发编程实战]-–"J.U.C":Semaphore)中,LZ介绍了Semaphore,下面LZ介绍CyclicBarrier.在JDK API中是这么介绍的: 一个同步辅助类,它允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点 (common barrier point).在涉及一组固定大小的线程的程序中,这些线程必须不时地互相等待,此时 CyclicBarrier 很有用.因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用,所以称它为循环 的 barrier. Cy

Java 并发工具CountDownLatch和CyclicBarrier 原理解析

[TOC] Java 并发工具CountDownLatch和CyclicBarrier 原理解析 一,简介 CountDownLatch 允许一个或者多个线程等待其他线程完成操作. CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用(Cyclic)的屏障(Barrier).它要做的事情是,让一组线程达到一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续运行. 二,代码演示 CountDownLatchDemo public class Co

【Java并发编程实战】—–“J.U.C”:Semaphore

信号量Semaphore是一个控制访问多个共享资源的计数器,它本质上是一个"共享锁". Java并发提供了两种加锁模式:共享锁和独占锁.前面LZ介绍的ReentrantLock就是独占锁.对于独占锁而言,它每次只能有一个线程持有,而共享锁则不同,它允许多个线程并行持有锁,并发访问共享资源. 独占锁它所采用的是一种悲观的加锁策略,  对于写而言为了避免冲突独占是必须的,但是对于读就没有必要了,因为它不会影响数据的一致性.如果某个只读线程获取独占锁,则其他读线程都只能等待了,这种情况下就限