Java并发编程

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CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

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1、等待多线程完成的CountDownLatch

ountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

假设有一个需求：需要解析一个Excel中的多个sheet的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要提示解析完成。在这个需求中，要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作，最简单的做法就是使用join()方法，如下所示：

public class JoinCountDownLatch {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
            }
        });
        Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("parser2 finish");
            }
        });
        
        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("all parser finish");
    }
}

join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理就是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。直到join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用，调用notifyAll()方法是在JVM里面实现的，在JDK中看不到。
在JDK 1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的功能，并且比join的功能更多。

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

CountDownLatch中较为重要的三个方法，当我们调用countDown方法是，count值就会键1。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里的count，可以是count个线程，也可以是1个线程中的count个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程中。

用下面一个例子来简单介绍一下CountDownLatch的使用方法

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 
/**
 * CountDownLatch的简单用法
 * @author LXH
 *
 */
public class CountDownLatchTest {
    private static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(1);
                c.countDown();
                System.out.println(2);
                c.countDown();
            }
        }).start();
        
        c.await(); // 只有当count值为0后才继续执行
        System.out.println(3);
    }
}

2.同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier），要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（同步点）时被阻塞，知道最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

当线程到达屏障时，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。实例代码如下所示。

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
 
/**
 * 因为主线程和子线程的调度是由CPU决定的，两个线程都有可能先执行，所以会产生两种输出：1 2 或 2 1.
 *
 */
public class CyclicBarrierTest {
    private static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
 
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();;
        
        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {
        }
        System.out.println(2);
    }
}

CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。

CountDownLatch的计数器只能使用一次（不能中间改变count的值），而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。

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3.控制并发线程数的Semaphore

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Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。
Semaphore的用法很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以使用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

Semaphore可以用于做流量控制，特别是公共资源有限的应用场景，比如数据库连接。

eg：假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这是我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这时，就可以使用Semaphore来做流量控制。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
 
/**
 * 虽然有30个线程在执行，但是只允许10个线程并发执行
 * @author LXH
 *
 */
public class SemaphoreTest {
    private static final int THREAD_COUNT = 30;
    
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
    
    private static Semaphore s = new Semaphore(10);
    
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire();
                        System.out.println("获取成功，save data");
                        s.release();
                    } catch (Exception e) {
                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

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4.线程间交换数据的Exchanger

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Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange()方法，当这两个线程都达到同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方