Java学习笔记--同步辅助类

CountDownLatch

CountDownLatch一个同步辅助类，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。

CountDownLatch中两个比较关键的方法：

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

CountDownLatch是一个计数器，它的构造方法中需要设置一个数值，用来设定计数的次数。每次调用countDown()方法之后，这个计数器都会减去1，CountDownLatch会一直阻塞着调用await()方法的线程，直到计数器的值变为0。

设想有这样一个功能需要Thread1、Thread2、Thread3、Thread4四条线程分别统计C、D、E、F四个盘的大小，所有线程都统计完毕交给主线程去做汇总，利用CountDownLatch来完成就非常轻松。

public class CountDownLatchTest {

    private static CountDownLatch count = new CountDownLatch(4);
    private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6);

    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            service.execute(() -> {
                // 模拟任务耗时
                try {
                    int timer = new Random().nextInt(5);
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(timer);
                    System.out.printf("%s时完成磁盘的统计任务,耗费%d秒.\n", new Date().toString(), timer);
                    // 任务完成之后,计数器减一
                    count.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        // 主线程一直被阻塞,知道count的计数器被设置为0
        count.await();

        System.out.printf("%s时全部任务都完成,执行合并计算.\n", new Date().toString());
        service.shutdown();
    }
}

CyclicBarrier

Barrier在英语中是屏障的意思，这个同步工具会阻塞调用的线程，直到条件满足时，阻塞的线程同时被打开。

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

CyclicBarrier初始化的时候，设置一个屏障数。线程调用await()方法的时候，这个线程就会被阻塞，当调用await()的线程数量到达屏障数的时候，主线程就会取消所有被阻塞线程的状态。

在CyclicBarrier的构造方法中，还可以设置一个barrierAction。

在所有的屏障都到达之后，会启动一个线程来运行这里面的代码。这里举一个例子：百米赛跑的运动员起跑前需要准备，所有选手准备完毕之后，才可以同时起跑。

public class CyclicBarrierTest {

    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(8);
    private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(50);

    public static void main(String args[]) {
        for (int i = 1; i < 9; i++) {
            service.execute(new Thread(new Runner(i, cyclicBarrier)));
        }
        service.shutdown();
    }
}
// 运动员类
public class Runner implements Runnable {

    private int number;
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;

    public Runner(int number, CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.number = number;
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            int timer = new Random().nextInt(5);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(timer);
            System.out.printf("%d号选手准备完毕,准备时间%d\n", number, timer);
            cyclicBarrier.await();
            System.out.printf("%d号选手于%s时起跑!\n", number, new Date().toString());
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出：

1号选手准备完毕,准备时间0
4号选手准备完毕,准备时间0
5号选手准备完毕,准备时间1
8号选手准备完毕,准备时间1
3号选手准备完毕,准备时间2
2号选手准备完毕,准备时间3
7号选手准备完毕,准备时间3
6号选手准备完毕,准备时间3
7号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
2号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
5号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
6号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
3号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
8号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
4号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!
1号选手于Sun Mar 27 21:19:00 CST 2016时起跑!

相比CountDownLatch，CyclicBarrier是可以被循环使用的，而且遇到线程中断等情况时，还可以利用reset()方法，重置计数器，从这些方面来说，CyclicBarrier会比CountDownLatch更加灵活一些。

Semaphore

Semaphore被用于控制特定资源在同一个时间被访问的个数。类似连接池的概念，保证资源可以被合理的使用。

Semaphore的几个重要方法：

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。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。
public void release(int permits); //释放permits个许可
//以上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：
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

Semaphore的构造方法可以设置一个int值来设置一个计数器，用于表示资源同时可以被多少外部环境使用。每使用一次acquire()，计数器都会去减去一，而每次调用release()计数器则会增加一。当计数器的值为0的时候，外部的环境被阻塞，直到Semaphore有空闲的资源可以被使用。

public class SemaphoreTest {

    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
    private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6);

    public static void main(String args[]) {

        // 执行9个任务
        for (int i = 0; i < 9; i++) {
            service.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.printf("%s时获取资源,并调用.\n", new Date().toString());
                    // 线程挂起3秒
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    semaphore.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        service.shutdown();
    }
}

运行的结果就是：

Sun Mar 27 20:18:16 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:16 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:16 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:19 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:19 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:19 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:22 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:22 CST 2016时获取资源,并调用.
Sun Mar 27 20:18:22 CST 2016时获取资源,并调用.

虽然线程池允许6个最大线程数量，但是同一个时间内只用三个任务被执行。