并发编程—工具类

同步工具类

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CountDownLatch

1. 使用场景
   CountDownLatch是一个计数器，当计数器的数值被其他的线程减为0，才会执行主线程。若多个线程阻塞在await()，则countDown()到state为0时一次性唤醒所有线程，如图所示。
   
2. 使用示例

// 定义数值为5的计数器
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
// 计数减1
latch.countDown();
// 当前线程等待
latch.await();

3. 原理探索
   CountDownLatch原理和锁原理类似，基于AQS，但没有公平和非公平之分，CountDownLatch类的继承体系如图所示。
   

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Semaphore

1. 使用场景
   Semaphore即信号量，提供资源数量的并发访问控制。如图所示，若有n个线程来获取Semaphore的10份资源（n > 10），这n个线程中只有10个线程可获取，其他线程都进入阻塞，直到有线程释放了资源，才能获取。
   
2. 使用示例

// 参数一：5份共享资源。
// 参数二：是否公平方式，一般非公平抢占效率较高。
Semaphore myResources = new Semaphore(5, true);

// 工作线程每获取1份资源，该对象进行记录。
myResources.acquire();

// 工作线程每归还1份资源，该对象进行记录。
myResources.release();

/*
释放指定数目的资源，并将资源归还。
若线程需获取N个许可，在有N个许可可用之前，该线程阻塞。
*/
semaphore.release(2);

/*
获取指定数目的许可。
若可用许可数目不够，则线程阻塞，直到被中断。
*/
semaphore.acquire(3);

3. 原理探索
   Semaphone原理和锁十分类似，基于AQS，有公平和非公平之分。Semaphore类的继承体系如图所示。
   

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Exchanger

1. 使用场景
   Exchanger主要用于线程之间交换数据。
2. 使用实例

// 创建一个多线程共用的exchange对象
// Run方法调exchange，并把数据作为参数进行传递，返回另外一个线程调用exchange传进入的参数值
Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

// 如果没有其他线程调用exchange，则线程阻塞，直到有其他线程调用exchange后恢复。
String otherData = exchanger.exchange("需要交换的数据1/2/3");

若3个线程并发地调用exchange()，则会两两交互数据。

3. 原理探索
   Exchanger核心机制和Lock类似，使用CAS+park/unpark。

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CyclicBarrier

1. 使用场景
   CyclicBarrier类用于协调多个线程同步执行操作的场合。
   例如招聘场景：10位毕业生到公司应聘。首先，等10人到齐后，开始笔试；笔试结束后，再一共参加面试。若把10个人看为10个线程，10个线程之间的同步过程如下图所示：
   
   整个过程，需要2个同步点：第1个同步点，等待所有毕业生到达公司，再开始笔试；第2个同步点：等待所有毕业生都结束笔试，再一起进行面试环节。
2. 使用示例

// 创建
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(10);
// 等待
barrier.await();

3. 原理探索
   CyclicBarrier基于ReentrantLock+Condition实现。
   CyclicBarrier是可以被重用的。
   CyclicBarrier 会响应中断。

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Phaser

1. 使用场景
   JDK7新增了同步工具类Phaser，功能类似CyclicBarrier和CountDownLatch，但更加强大。
   （1）Phaser可替代CountDownLatch。
   （2）Phaser可替代CyclicBarrier。
   （3）Phaser的新功能：动态调整线程数量；多层次Phaser构建；

• CyclicBarrier所设置的同步线程数量在构造方法中指定后不能更改，而Phase可在运行期间动态地调整同步的线程数量。
• 如图所示，多个Phaser可以组成如下图所示的树状结构。
  
  树状Phaser的每个节点，可当作成一个独立的Phaser来看待，父类Phaser并不感知子类Phaser的存在，当子类Phaser中注册的参与者数量大于0，则把自己向父节点注册；当子类Phaser中注册的参与者数量等于0时，则自动向父节点解除注册。父Phaser把子Phaser当作一个正常参与的线程。

2. 使用示例

// 替代CountDownLatch
Phaser phaser = new Phaser(10);
// 到达计数
phaser.arrive();
// 主线程等待
phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase());

//替代CyclicBarrier
Phaser phaser = new Phaser(5);
// 到达并等待。arriveAndAwaitAdance()是arrive()与awaitAdvance(int)的组合，表示“自己已到达同步点，同时等待所有人都到达这个同步点，再一起执行”。
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
// 主线程等待
phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase());

// Phaser提供了下面这些方法来增加、减少所要同步的线程个数。
register() // 注册一个
bulkRegister(int parties) // 注册多个
arriveAndDeregister()  // 解除注册

// 树状Phaser构建
Phaser root = new Phaser(2);
Phaser c1 = new Phaser(root, 3);
Phaser c2 = new Phaser(root, 2);
Phaser c3 = new Phaser(c1, 0);

3. 原理探索
   Phaser并没有基于AQS来实现。
   持续更新中…