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
四.Phaser
若有不正之处请多多谅解，并欢迎批评指正。
请尊重作者劳动成果，转载请标明原文链接：
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
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：
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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：
View Code
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：
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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
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：
View Code
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
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：
View Code
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
if(i1)
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：
View Code
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
new Writer(barrier).start();
}
try {
Thread.sleep(25000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("CyclicBarrier重用");
for(int i=0;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：
View Code
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：
执行结果：
View Code
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。
四.Semaphore用法
从java7开始在concurrent包中加入了Phaser类，它几乎可以取代CountDownLatch和CyclicBarrier， 其功能更灵活，更强大，支持动态调整需要控制的线程数。下面以一个具体实例说明这个Phaser类的用处，相信理解这个例子后，其功能不言而喻
Sample 1
在有些场景下，我们希望控制多个线程的启动时机：例如在并发相关的单元测试中，有时需要控制线程的启动时机，以期获得最大程度的并发，通常我们会使用CountDownLatch，以下是使用Phaser的版本。
?
| 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 |
import java.util.concurrent.Phaser;
public class PhaserTest1 {
public static void main(String args[]) {
//
final int count = 5;
final Phaser phaser = new Phaser(count);
for(int i = 0; i < count; i++) {
System.out.println("starting thread, id: " + i);
final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));
thread.start();
}
}
public static class Task implements Runnable {
//
private final int id;
private final Phaser phaser;
public Task(int id, Phaser phaser) {
this.id = id;
this.phaser = phaser;
}
@Override
public void run() {
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);
}
}
}
|
以上例子中，由于线程是在一个循环中start，因此start的时机有一定的间隔。本例中这些线程实际开始工作的时机是在所有的线程都调用了phaser.arriveAndAwaitAdvance()之后。
此外，如果留心arriveAndAwaitAdvance()方法的签名，会发现它并没有抛出InterruptedException，实际上，即使 当前线程被中断，arriveAndAwaitAdvance()方法也不会返回，而是继续等待。如果在等待时希望可中断，或者可超时，那么需要使用以下 方法：
?
| 1 2 3 |
awaitAdvance(arrive()) // 等效于arriveAndAwaitAdvance()
awaitAdvanceInterruptibly(int phase)
awaitAdvanceInterruptibly(int phase, long timeout, TimeUnit unit)
|
3.2 Sample 2
有些时候我们希望只有在某些外部条件满足时，才真正开始任务的执行，例如：
?
| 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 |
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.concurrent.Phaser;
public class PhaserTest2 {
public static void main(String args[]) throws Exception {
//
final Phaser phaser = new Phaser(1);
for(int i = 0; i < 5; i++) {
phaser.register();
System.out.println("starting thread, id: " + i);
final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));
thread.start();
}
//
System.out.println("Press ENTER to continue");
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
reader.readLine();
phaser.arriveAndDeregister();
}
public static class Task implements Runnable {
//
private final int id;
private final Phaser phaser;
public Task(int id, Phaser phaser) {
this.id = id;
this.phaser = phaser;
}
@Override
public void run() {
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);
}
}
}
|
以上例子中，只有当用户按下回车之后，任务才真正开始执行。需要注意的是，arriveAndDeregister()方法不会被阻塞，并且返回到达时的phase number（arrive方法也是如此）。
3.3 Sample 3
CyclicBarrier支持barrier action, Phaser同样也支持。不同之处是Phaser的barrier action需要改写onAdvance方法来进行定制。
?
| 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 46 47 48 |
import java.util.concurrent.Phaser;
public class PhaserTest3 {
public static void main(String args[]) throws Exception {
//
final int count = 5;
final int phaseToTerminate = 3;
final Phaser phaser = new Phaser(count) {
@Override
protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {
System.out.println("====== " + phase + " ======");
return phase >= phaseToTerminate || registeredParties == 0;
}
};
//
for(int i = 0; i < count; i++) {
System.out.println("starting thread, id: " + i);
final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));
thread.start();
}
}
public static class Task implements Runnable {
//
private final int id;
private final Phaser phaser;
public Task(int id, Phaser phaser) {
this.id = id;
this.phaser = phaser;
}
@Override
public void run() {
do {
try {
Thread.sleep(500);
} catch(InterruptedException e) {
// NOP
}
System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
} while(!phaser.isTerminated());
}
}
}
|
本例中的barrier action只是简单地打印了一条信息，此外在超过指定的迭代次数后终止了Phaser。
3.4 Sample 4
在Smaple 3的例子中，主线程在其它工作线程结束之前已经终止。如果希望主线程等待这些工作线程结束，除了使用Thread.join()之外，也可以尝试以下的方式：
?
| 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 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 |
import java.util.concurrent.Phaser;
public class PhaserTest4 {
public static void main(String args[]) throws Exception {
//
final int count = 5;
final int phaseToTerminate = 3;
final Phaser phaser = new Phaser(count) {
@Override
protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {
System.out.println("====== " + phase + " ======");
return phase == phaseToTerminate || registeredParties == 0;
}
};
//
for(int i = 0; i < count; i++) {
System.out.println("starting thread, id: " + i);
final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));
thread.start();
}
//
phaser.register();
while (!phaser.isTerminated()) {
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
}
System.out.println("done");
}
public static class Task implements Runnable {
//
private final int id;
private final Phaser phaser;
public Task(int id, Phaser phaser) {
this.id = id;
this.phaser = phaser;
}
@Override
public void run() {
while(!phaser.isTerminated()) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch(InterruptedException e) {
// NOP
}
System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
}
}
}
}
|
如果希望主线程在特定的phase结束之后终止，那么可以在主线程中调用下述方法：
?
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
public static void awaitPhase(Phaser phaser, int phase) {
int p = phaser.register(); // assumes caller not already registered
while (p < phase) {
if (phaser.isTerminated()) {
break; // ... deal with unexpected termination
} else {
p = phaser.arriveAndAwaitAdvance();
}
}
phaser.arriveAndDeregister();
}
|
需要注意的是，awaitPhase方法中的if (phaser.isTerminated()) 分支里需要能够正确处理Phaser终止的情况。否则由于在Phaser终止之后， phaser.register()和arriveAndAwaitAdvance()方法均返回负值，那么上述方法可能陷入死循环。
3.5 Sample 5
以下对Phaser进行分层的例子：
?
| 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 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 |
import java.util.concurrent.Phaser;
public class PhaserTest6 {
//
private static final int TASKS_PER_PHASER = 4;
public static void main(String args[]) throws Exception {
//
final int phaseToTerminate = 3;
final Phaser phaser = new Phaser() {
@Override
protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {
System.out.println("====== " + phase + " ======");
return phase == phaseToTerminate || registeredParties == 0;
}
};
//
final Task tasks[] = new Task[10];
build(tasks, 0, tasks.length, phaser);
for (int i = 0; i < tasks.length; i++) {
System.out.println("starting thread, id: " + i);
final Thread thread = new Thread(tasks[i]);
thread.start();
}
}
public static void build(Task[] tasks, int lo, int hi, Phaser ph) {
if (hi - lo > TASKS_PER_PHASER) {
for (int i = lo; i < hi; i += TASKS_PER_PHASER) {
int j = Math.min(i + TASKS_PER_PHASER, hi);
build(tasks, i, j, new Phaser(ph));
}
} else {
for (int i = lo; i < hi; ++i)
tasks[i] = new Task(i, ph);
}
}
public static class Task implements Runnable {
//
private final int id;
private final Phaser phaser;
public Task(int id, Phaser phaser) {
this.id = id;
this.phaser = phaser;
this.phaser.register();
}
@Override
public void run() {
while (!phaser.isTerminated()) {
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
// NOP
}
System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
}
}
}
}
|
需要注意的是，TASKS_PER_PHASER的值取决于具体的Task实现。对于Task执行时间很短的场景（也就是竞争相对激烈），可以考虑使用较小的TASKS_PER_PHASER值，例如4。反之可以适当增大TASKS_PER_PHASER。
java8
DoubleAccumulator
DoubleAdder
LongAccumulator
LongAdder：分离热点，类似ConcurrentHashMap
StampedLock
AQS（AbstractQueueSynchronizer）、CAS锁、CLH锁
synchronize -> RenentrantLock -> StampedLock
Long -> AtomicLong -> LongAdder
