在JDK的并发包里提供了几个非常有用的并发工具类。CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore工具类提供了一种并发流程控制的手段，Exchanger工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段。
等待多线程完成的CountDownLatch(闭锁)
假如有这样一个需求：我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要提示解析完成。在这个需求中，要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作，最简单的做法是使用join()方法：
public class JoinCountDownLatchTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
}
});
Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("parser2 finish");
}
});
parser1.start();
parser2.start();
parser1.join();
parser2.join();
System.out.println("all parser finish");
}
}
join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。直到join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用，调用notifyAll()方法是在JVM里实现的，所以在JDK里看不到，大家可以查看JVM源码。
在JDK 1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的功能，并且比join的功能更多：
public class CountDownLatchTest {
staticCountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(1);
c.countDown();
System.out.println(2);
c.countDown();
}
}).start();
c.await();
System.out.println("3");
}
}
CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。
当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。
如果有某个解析sheet的线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使用另外一个带指定时间的await方法——await（long time，TimeUnit unit），这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。join也有类似的方法。
注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法happens-before另外一个线程调用await方法。
补充博客：CountDownLatch的简单理解
同步屏障CyclicBarrier(栅栏)
CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（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。
CyclicBarrier简介
CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。示例代码如下：
因为主线程和子线程的调度是由CPU决定的，两个线程都有可能先执行，所以会产生两种输出：
或
如果把new CyclicBarrier(2)修改成new CyclicBarrier(3)，则主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程执行await方法，即没有第三个线程到达屏障，所以之前到达屏障的两个线程都不会继续执行。
CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier（int parties，Runnable barrierAction），barrierAction将在最后一个到达屏障的线程被优先执行，并且执行完了之后该线程会继续从自己当初await的地方再次开始执行。
示例见：CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) 详解
CyclicBarrier的应用场景
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。例如，用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个Sheet保存一个账户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个sheet里的银行流水，都执行完之后，得到每个sheet的日均银行流水，最后，再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水，如下所示：
使用线程池创建4个线程，分别计算每个sheet里的数据，每个sheet计算结果是1，再由BankWaterService线程汇总4个sheet计算出的结果，输出结果如下：
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
1、CountDownLatch用于等待事件发生， CyclicBarrier用于等待线程到来。
2、CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。
3、CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。
使用isBroken()方法例子如下：
结果：
控制并发线程数的Semaphore(信号量)
应用场景
Semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制：
在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore（10）表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。
补充博客：Java 并发专题：Semaphore实现互斥与连接池
其他方法
Semaphore还提供一些其他方法，具体如下。
- int availablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
- int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
- boolean hasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
- void reducePermits（int reduction）：减少reduction个许可证，是个protected方法。
- Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected方法。
线程间交换数据的Exchanger
Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。
Exchanger可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。代码如下：
package com.thread;
import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ExchangerTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
final Exchanger exchanger = new Exchanger();
service.execute(new Runnable(){
public void run() {
try {
Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
String data1 = "a";
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"正在把数据" + data1 +"换出去");
String data2 = (String)exchanger.exchange(data1);
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"换回的数据为" + data2);
}catch(Exception e){
}
}
});
service.execute(new Runnable(){
public void run() {
try {
Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
String data1 = "b";
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"正在把数据" + data1 +"换出去");
String data2 = (String)exchanger.exchange(data1);
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"换回的数据为" + data2);
}catch(Exception e){
}
}
});
}
}
运行结果：
线程pool-1-thread-1正在把数据a换出去
线程pool-1-thread-2正在把数据b换出去
线程pool-1-thread-1换回的数据为b
线程pool-1-thread-2换回的数据为a
Exchanger也可以用于校对工作，比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel之后，系统需要加载这两个Excel，并对两个Excel数据进行校对，看看是否录入一致。