Java并发编程-常用的辅助类

1.CountDownLatch

1.2.示例：班长锁门问题

问题描述：假如有7个同学晚上上自习，钥匙在班长手上，并且要负责锁门。班长必须要等所有人都走光了，班长才能关灯锁门。这6个同学的顺序是无序的，不知道它们是何时离开。6个同学各上各的自习，中间没有交互。假如说6个学生是普通线程，班长是主线程，如何让主线程要等一堆线程运行完了，主线程才能运行完成呢。

public class CountDownLatchDemo {
     
	public static void main(String[] args) {
     
		// TODO Auto-generated method stub
		for(int i=1;i<=6;i++){
     
			new Thread(()->{
     
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t离开教室");
			},String.valueOf(i)).start();
		}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t班长关门走人");
	}
}

运行结果截图

最后还有三个人被锁在教师了，这样可能会发生事故，所以肯定不行的。

我们要想实现这样的效果，就是等其它线程全部走完了，主线程才能运行。就需要借助JUC中的CountDownLatch类

1.2.CountDownLatch类简介：

1.2.1 CountDownLatch概念

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。

CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成一些任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

CountDownLatch说明:count计数，down倒计算，Latch开始

1.2.3 CountDownLatch的用法

某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownLatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上await()的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。
CountDownLatch底层构造函数源代码

public CountDownLatch(int count) {
     
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        this.sync = new Sync(count);
    }

1.3.CountDownLatch案例：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     
		//6个同学正在上自习，每个人就有一个1计数器，走1个数字减1，main线程启动，必须要等计时器从6变成0，才能开始。
		CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(6);
		for(int i=1;i<=6;i++){
     
			new Thread(()->{
     
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t离开教室");
				countDownLatch.countDown();		//计算减少一个
			},String.valueOf(i)).start();
		}
		countDownLatch.await();	//班长前面需要被阻塞
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t班长关门走人");
	}

运行结果截图

这里每个人何时走并不知道， 但是可以保证每次都是班长最后一个走。

1.4.原理总结

CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，这些线程会被阻塞。
其它线程调用countDown方法将会使计数器减1（调用countDown方法的线程不会阻塞）
当计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行。

2.CyclicBarrier

2.1.CyclicBarrier简介

cyclic循环，barrier屏障。
从字面上的意思可以知道，这个类的中文意思是“循环栅栏”。大概的意思就是一个可循环利用的屏障。
它的作用就是会让所有线程都等待完成后才会继续下一步行动。
上面班长关门的例子是做倒计时，这里是反过来，做加法，数到多少就开始。
比如人到齐了，再开会。，举个例子，就像生活中我们会约同事一起去开会，有些同事可能会早到，有些同事可能会晚到，但是这个会议规定必须等到所有人到齐之后才会让我们正式开会。这里的同事们就是各个线程，会议就是 CyclicBarrier。

构造方法

public CyclicBarrier(int parties)
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

解析：
parties 是参与线程的个数
第二个构造方法有一个 Runnable 参数，这个参数的意思是最后一个到达线程要做的任务

我们通常用第二个构造函数。

2.2.案例：集齐7颗龙珠召唤神龙

public static void main(String[] args) {
     
		// TODO Auto-generated method stub
		CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(7,()->{
     System.out.println("召唤神龙");});
		for(int i=1;i<=7;i++){
     
			final int tempInt=i;
			new Thread(()->{
     
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t收集到第"+tempInt+"颗龙珠");
				try {
     
					//某个线程收集到了龙珠只能先等着，等龙珠收齐了才能召唤神龙
					cyclicBarrier.await();
				} catch (Exception e) {
     
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			},String.valueOf(i)).start();;
		}
	}

截图

3.Semophore

3.1.Semophore简介

前面讨论的问题都是多对一的问题，我们现在可以讨论多对多的问题了。

假设有7个兄弟开车上班，而现在只有4个车位。7部车并列开进4个车位，每个车停了多长时间未知，资源被占用完了。假设有一个车只停了2s,那么它走了，外面的车又可以进来了。走一个进一个，最后全部都可以进去。而semophore就是控制多线程的并发策略。

简单理解来说，Semaphore：信号量主要用于两个目的：一个是用于多个共享资源的互斥使用；另一个用于并发线程数量的控制。

Semaphore类有两个重要方法

1、semaphore.acquire();
请求一个信号量，这时候信号量个数-1，当减少到0的时候，下一次acquire不会再执行，只有当执行一个release()的时候，信号量不为0的时候才可以继续执行acquire

2、semaphore.release();
释放一个信号量，这时候信号量个数+1，

3.2.抢车位问题

public static void main(String[] args) {
     
		//模拟6部车抢3个空车位
		Semaphore semaphore=new Semaphore(3);//模拟资源类，有3个空车位
		for(int i=1;i<=6;i++){
     
			new Thread(()->{
     
				try {
     
					//谁先抢到了，谁就占一个车位，并且要把semaphore中的资源数减1
					semaphore.acquire();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t抢占到了车位");
					TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t离开了车位");
					
				} catch (Exception e) {
     
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}finally{
     
					//释放车位
					semaphore.release();
				}
				
			},String.valueOf(i)).start();
		}
	}

运行结果截图：

3.3.原理总结

在信号量上我们定义两种操作：

acquire(获取)当一个线程调用acquire操作时，它要么通过成功获取信号量（信号量减1），要么一直等待下去，直到有线程释放信号量，或超时。

release(释放)实际上会将信号量的值加1，然后唤醒等待的线程。

信号量主要用于两个目的：一个是用于多个共享资源的互斥使用；另一个用于并发线程数量的控制

如果把资源数从3变成1了，此时就等价于synchronized。