JAVA 多线程同步工具类总结

关于同步常用的几个工具类总结如下：

• CountDownLatch 闭锁：可以延迟线程的进度，直到锁到达终止状态。闭锁的作用相当于一扇门，在锁到达终止状态之前这扇门一直是关闭的。当锁到达终止状态时，允许所有线程通过。CountDownLatch 有一个初始值，通过调用 countDown 可以减少该值，一直到 0 时到达终止状态。
  
  
• FutureTask 用于执行一个可返回结果的长任务，任务在单独的线程中执行，其他线程可以用 get 方法取任务结果，如果任务尚未完成，线程在 get 上阻塞。
  
  
• Semaphore 用于控制同时访问某资源，或同时执行某操作的线程数目。信号量有一个初始值即可以分配的信号量总数目。线程任务开始前先调用 acquire 取得信号量，任务结束后调用 release 释放信号量。在 acquire 是如果没有可用信号量，线程将阻塞在 acquire 上，直到其他线程释放一个信号量。
  
  
• CyclicBarrier 栅栏用于多个线程多次迭代时进行同步，在一轮任务中，任何线程完成任务后都在 barrier 上等待，直到所有其他线程也完成任务，然后一起释放，同时进入下一轮迭代。

CountDownLatch 的例子：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;


public class DemoOfLatch {

    // 利用闭锁 CountDownLatch 控制主线程和子线程的同步
    public static void main(String[] args) {

        int numberOfThread = 5;
        final CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);                // 用于控制子线程开始
        final CountDownLatch stopLatch = new CountDownLatch(numberOfThread);    // 用于子线程计数
        final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);                       // 用于分配子线程唯一标识

        System.out.println("Main thread start...");

        for ( int i=0; i
            Thread thread = new Thread( new Runnable() {
                public void run() {
                    int tid = count.getAndIncrement();
                    try {
                        // 等代主线程打开启动信号
                        startLatch.await();
                        System.out.printf("Thread %d started...%n", tid);
                        int duration = (int)(Math.random() * 5000);
                        Thread.sleep(duration);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    } finally {
                        System.out.printf("Thread %d stoped...%n", tid);
                        // 线程终止前减少线程计数
                        stopLatch.countDown();
                    }
                }

            });
            thread.start();
        }

        // 在放行子线程之前做点什么别的事情
        System.out.println("Main thread do preparation work for child threads...");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 打开闭锁放行所有子线程
        System.out.println("Main thread let child threads go...");
        startLatch.countDown();

        try {
            // 等待子线程计数降为 0 即所有子线程执行完毕
            System.out.println("Main thread wait for all child threads...");
            stopLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Main thread exit...");
    }

}

执行结果如下：

FutureTask 的例子：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;


public class DemoOfFutureTask {

    public static void main(String[] args) {

        // 创建一个 Future Task 用于并发执行长任务
        final FutureTask future = new FutureTask( new Callable() {

            @Override
            public Movie call() throws Exception {
                System.out.println("Future task started...");
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println("Future task finished...");
                return new Movie("2012","Unknown");
            }

        });

        // 在子线程中启动任务
        Thread thread = new Thread(future);
        thread.start();

        // 主线程干点别的事情
        System.out.println("Now let's do sth eles...");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }

        // 主线程开始取结果
        System.out.println("Now wait for result of future task...");
        try {
            Movie res = future.get();
            System.out.printf("Result from task is name=%s, actor=%s", res.name, res.actor);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    public static class Movie {
        final public String name;
        final public String actor;
        public Movie(String name, String actor) {
            this.name = name;
            this.actor = actor;
        }
    }

}

Semaphore 的例子：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class DemoOfSemaphore {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        final int numOfThread = 5;
        final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);       // 用于分配唯一线程标识
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(numOfThread); // 用于控制并发线程数目

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    int tid = count.getAndIncrement();
                    try {
                        // 等待直到取得信号量
                        System.out.printf("Thread %d wait on semaphore...%n", tid);
                        semaphore.acquire();
                        // 取得信号量之后做点事情
                        System.out.printf("Thread %d get semaphore...%n", tid);
                        int duration = (int)(Math.random() * 5000);
                        Thread.sleep(duration);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        // 做完后释放信号量
                        System.out.printf("Thread %d release semaphore...%n", tid);
                        semaphore.release();
                    }

                }

            });
            thread.start();
        }

    }

}

运行结果如下：

CyclicBarrier 的例子：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class DemoOfBarrier {

    public static void main(String[] args) {

        final int numOfThread = 2;
        final int numOfIteration = 2;

        // 创建一个用于线程同步的 Barrier 对象
        final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numOfThread,
                new Runnable() {

                    // 当所有线程到达 Barrier 后会执行这个任务
                    // 任务在第一个 到达 Barrier 的线程中执行
                    @Override
                    public void run() {
                        long tid = Thread.currentThread().getId();
                        // 当所有线程完成一轮迭代之后做点清除/准备/提交工作
                        System.out.printf("[%d] - All threads arrived barrier...%n", tid);
                        try {
                            Thread.sleep(2000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.printf("[%d] - Clear work done...%n", tid);
                    }

                });

        // 创建并启动多个线程，他们在 Barrier 上同步
        for (int i = 0; i < numOfThread; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    long tid = Thread.currentThread().getId();
                    for ( int k=0; k
                        try {
                            // 线程进行一轮迭代，做点事情
                            System.out.printf("Thread %d start its work...%n", tid);
                            long duration = (int)(Math.random()*5000);
                            Thread.sleep(duration);
                            // 做完迭代后等待其他线程完成迭代
                            System.out.printf("Thread %d wait on barrier...%n", tid);
                            int num = barrier.await();
                            // 显示完成的顺序
                            System.out.printf("Thread %d pass barrier with order=%d...%n", tid, num);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            Thread.currentThread().interrupt();
                        } catch (BrokenBarrierException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }

            });
            thread.start();
        }

    }

}