并发工具包之CountDownLatch|CyclicBarrier|Semaphore

在java的并发包中为我们提供了三种并发控制的手段，他们分别是CountDownLatch|CyclicBarrier|Semaphore，今天我们分别来讲解一下这三种方法以及使用场景

CountDownLatch

• 特点：
  • 首先设置一个计数器，在线程完成数达到计数器阈值之前，其他的一个或多个线程都会等待。
  • 计数器无法重置，一旦到达阈值，就会释放所有线程
  • 一个线程等待其他线程，全部完成后才返回
• 适用场景：
  • 实现并行(可以用来模拟高并发的操作)
  • 开始执行任务前先完成前置的一些任务
  • 检测死锁
• 使用：
  • 当每次线程完成时在执行countDown()使计数器减1，当执行线程数达到计数器阈值时即会自动释放所有等待的线程
• demo：

    public class CountDownLatchDemo {

    // 线程数量
    private static int THREAD_COUNT = 10;
    // 初始化，设置计数器大小
    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(THREAD_COUNT);
    // 创建线程池，大小与计数器一致，不一致则无法实现一次并发所有请求
    private static ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            Runnable runnable = () -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
                } catch (InterruptedException e) {
                } finally {
                    // 一个线程执行完毕，计数器减1
                    countDownLatch.countDown();
                }
            };
            // 线程池执行线程
            ex.execute(runnable);
        }
        // 关闭线程池
        ex.shutdown();
    }
}

after 1s output：

Thread: pool-1-thread-8
Thread: pool-1-thread-3
Thread: pool-1-thread-7
Thread: pool-1-thread-10
Thread: pool-1-thread-5
Thread: pool-1-thread-2
Thread: pool-1-thread-6
Thread: pool-1-thread-4
Thread: pool-1-thread-9
Thread: pool-1-thread-1

CyclicBarrier

• 特点：
  • 设置屏障，当一组线程到达屏障时被阻塞，待所有线程到达时，取消所有阻塞。
• 适用场景：
  • 需要所有子任务完成时才执行主任务(类似CountDownLatch)
  • 多线程计算，最后合并计算结果
  • 多个线程互相等待，全部完成后才返回
• 使用：
  • 每次执行完线程，调用await()进入屏障中等待
  • 当所有线程都到达屏障时，自动取消所有阻塞
• demo：

设置多名学生，求多个学生的平均成绩，如果使用多线程计算每个学生的成绩，则需要等待所有学生的成绩计算完毕，才能求平均值，所以可以使用CyclicBarrier

public class CyclicBarrierDemo implements Runnable {

    // 设置线程池数量
    private final int THREAD_COUNT = 5;

    // 创建屏障数量，屏障全部到达后执行当前类的run方法
    private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5, this);

    // 创建线程池
    private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    // 保存每个人的成绩
    private ConcurrentHashMap scores = new ConcurrentHashMap<>();

    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrierDemo c = new CyclicBarrierDemo();
        c.count();
    }

    private void count() {
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Runnable runnable = () -> {
                // 每个学生的随机成绩
                int temp = random.nextInt(100);
                scores.put(Thread.currentThread().getName(), temp);
                System.out.println(temp);
                try {
                    // 进入屏障，等待其他学生计算完毕
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            };
            executor.execute(runnable);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        int result = 0;
        // 求平均值
        for (Map.Entry out : scores.entrySet()) {
            result += out.getValue();
        }
        System.out.println("avg: " + result / THREAD_COUNT);
    }
}

output:
4
11
76
98
37
avg: 45

Semaphore

• 特点：
  • 设置同一时间被访问的线程数量，可以实现流量控制
• 适用场景：
  • 限流，限制每次运行的线程数量
• 使用：
  • 线程开始时调用acquire()使用一个信号量
  • 线程结束时调用semaphore.release()释放一个信号量
  • 当acquire次数 - release次数 > THREAD_COUNT时，则无法再开始新的线程
• demo：

public class SemaphoreDemo {

    // 线程数量
    private static int THREAD_COUNT = 10;

    // 设置线程池大小
    private static final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    // 设置信号量的数量
    private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(THREAD_COUNT);

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            final int No = i;
            Runnable runnable = () -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("Get: " + No);
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                } finally {
                    semaphore.release();
                }
            };
            exec.execute(runnable);
        }
        exec.shutdown();
    }

}

every 5s output 5:
Get: 1
Get: 3
Get: 4
Get: 2
Get: 0
Get: 5
Get: 6
Get: 7
Get: 8
Get: 9
Get: 10
Get: 12
Get: 11
Get: 13
Get: 17
Get: 15
Get: 14
Get: 16
Get: 19
Get: 18
Get: 20
Get: 22
Get: 21
Get: 23
Get: 24
Get: 26
Get: 25
Get: 29
Get: 28
Get: 27
Get: 30
Get: 33
Get: 36
Get: 38
Get: 39
Get: 32
Get: 31
Get: 37
Get: 35
Get: 34
Get: 40
Get: 45
Get: 49
Get: 44
Get: 43
Get: 42
Get: 41
Get: 48
Get: 47
Get: 46

三种工具的使用方法就介绍的这里，源码分析待日后分析。。。。

每一行代码，都是浩瀚星辰的点点繁星