本文主要介绍的工具包括:
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CountDownLatch
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Semaphore
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CyclicBarrier
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Exchanger
CountDownLatch
CountDownLatch可以使一个或多个线程等待一组事件发生。在CountDownLatch内部维护一个计数器(被初始化为一个正整数)，表示需要等待事件的数量。countDown()方法减少一个事件数量，await()将等待直到计数器为零的时候，才继续执行await后面的代码。如果计数器不为零，那么await将一直会阻塞等待直到计数器为零，或者阻赛线程中断/超时。
@Test
public void test() throws InterruptedException {
// thread number
final int threadNum = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1;
// start event
final CountDownLatch startEvent = new CountDownLatch(1);
// finish event
final CountDownLatch finishEvent = new CountDownLatch(threadNum);
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
// await for start
startEvent.await();
System.out.println(Thread.currentThread() + " start at : " + System.currentTimeMillis());
// current thread finish
finishEvent.countDown();
} catch (InterruptedException ignore) {
}
}
}).start();
// sleep 0.5ms
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
}
long startTime = System.currentTimeMillis();
startEvent.countDown();
// wait for all thread finish
finishEvent.await();
System.out.println("total finish cost : " + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
}
这个例子展示了如何在同一时间启动threadNum个线程，并且这threadNum个线程都完成后，记录执行结果。startEvent.await()将等待直到调用startEvent.countDown()。这是，所有线程在同一时间启动。当每个线程执行完毕的时候，会调用finishEvent.countDown()通知给主线程，finishEvent.await()将等待直到所有子线程都执行完毕。
打印结果：
Thread[Thread-1,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-8,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-7,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-6,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-5,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-3,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-0,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-2,5,main] start at : 1359782125125
Thread[Thread-4,5,main] start at : 1359782125125
total finish cost : 1ms
Semaphore
Semaphore在内部持有一个虚拟的许可组(初始化的时候可以设置虚拟组的数量)，当执行某个操作的时候，调用acquire获得许可，在操作执行完成后调用release释放许可。如果没有许可可用，那么acquire方法会一直阻赛直到有许可可用为止，或者执行获取许可的线程终端或阻赛。
Semaphore可以用来控制某种资源的使用数量，或者同时使用特定资源的数量。利用这个特性，可以实现某种资源的资源池或者对容器实加边界。
@Test
public void test() throws InterruptedException {
final BoundedList list = new BoundedList<>(5);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int index = 0;
while (true) {
try {
list.add(index++);
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " add " + index);
} catch (InterruptedException ignore) {
}
}
}
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int index = 0;
while (true) {
try {
list.remove(index++);
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " remove " + index);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
} catch (InterruptedException ignore) {
}
}
}
}).start();
Thread.currentThread().join();
}
static class BoundedList {
private final List list;
private final Semaphore semaphore;
public BoundedList(int bound) {
this.list = new ArrayList<>();
semaphore = new Semaphore(bound);
}
public boolean add(T o) throws InterruptedException {
semaphore.acquire();
boolean added = false;
try {
added = list.add(o);
return added;
} finally {
if (!added) {
semaphore.release();
}
}
}
public boolean remove(T o) {
boolean removed = list.remove(o);
if (removed) {
semaphore.release();
}
return removed;
}
}
这个例子展示了一个带边界的List，当向集合中添加元素的时候，首先获取许可。如果添加失败了，那么释放许可。当删除集合中的元素的时候，如果删除成功，释放一个许可。这样就能保证集合中的元素都是获得许可后才添加进来的，从而保证了集合的边界。
打印结果：
1359787233784 add 1
1359787233784 add 2
1359787233784 add 3
1359787233784 add 4
1359787233784 add 5
1359787234787 add 6
1359787234787 remove 1
1359787235288 remove 2
1359787235288 add 7
1359787235789 remove 3
1359787235789 add 8
1359787236290 remove 4
1359787236290 add 9
….
在这个例子中，生产者向集合中添加元素，消费者删除元素，因为生产者的速度大于消费者，所以当集合中元素等于5的时候，就必须等待消费者删除一个元素后才能再继续添加，从打印结果可以看出这点。
CyclicBarrier
CyclicBarrier和CountDownLatch有些类似，它阻塞一组线程直到某个事件发生。可以把CyclicBarrier理解成一个障碍，当所有线程都到达这个"障碍"的时候，才能继续下个事件。如果所有线程到达barrier处，barrier打开释放所有线程，并且barrier可以继续使用。如果await方法超时，或者被中断，那么认为barrier被打破，所有在await上阻塞的线程都将抛出BrokenBarrierException。
@Test
public void test() throws InterruptedException {
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime()
.availableProcessors() + 1);
final int gate_threshold = 4;
final CyclicBarrier gate = new CyclicBarrier(gate_threshold, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("4 threads arrived, gate open...");
}
});
while (true) {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep((long) (Math.random() * 1000));
exec.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread() + " arrived");
try {
gate.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
这个例子假设有一堆线程到达gate处，每当到达gate处的线程数达到gate_threshold时,gate打开释放这些线程并进入下次一次循环。
Exchanger
Exchanger提供两个线程以线程安全的形式交换数据，exchange等待另一个线程到达exchange方法，然后把数据给另一个线程并且接收另一个线程交换过来的数据。
@Test
public void test() throws InterruptedException {
final int size =10;
final Exchanger> exchanger = new Exchanger<>();
final List emptyList = new ArrayList<>();
final List fullList = new ArrayList<>();
Thread producer = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
List currentList = emptyList;
while (true){
if(currentList.size() currentList = fullList;
while (true){
if(currentList.size()!=0){
Integer remove = currentList.remove(0);
System.out.println("consumer : " + remove);
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep((long) (Math.random()*1000));
} catch (InterruptedException ignore) {
}
}else {
try {
System.out.println("consumer : list empty wait exchange");
currentList = exchanger.exchange(currentList);
System.out.println("consumer : exchanged");
} catch (InterruptedException ignore) {
}
}
}
}
});
producer.start();
consumer.start();
producer.join();
consumer.join();
}
这个例子展示了一个生产者/消费者的例子。当生产者填慢list后，等待交换。同样当消费者消耗完list，也等待交换。