CountDownLatch和Semaphore

1. CountDownLatch

1.1 什么是CountDownLatch

CountDownLatch是在java1.5被引入的，跟它一起被引入的并发工具类还有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue，它们都存在于java.util.concurrent包下。CountDownLatch这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。如下图所示，当线程A创建CountDownLatch对象后，便开始等待，直到123三个线程都执行结束后，线程A才继续向下执行：

image.png

CountDownLatch的伪代码如下所示：

//Main thread start
//Create CountDownLatch for N threads
//Create and start N threads
//Main thread wait on latch
//N threads completes there tasks are returns
//Main thread resume execution

1.2 如何使用CountDownLatch

CountDownLatch.java类中定义的构造函数：public void CountDownLatch(int count) {...}。构造器中的计数值（count）实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。
与CountDownLatch的第一次交互是主线程等待其他线程。主线程必须在启动其他线程后立即调用CountDownLatch.await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。
其他N 个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知CountDownLatch对象，他们已经完成了各自的任务。这种通知机制是通过 CountDownLatch.countDown()方法来完成的；每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1。所以当N个线程都调用了这个方法，count的值等于0，然后主线程就能通过await()方法，恢复执行自己的任务。

2. Semaphore

2.1 什么是Semaphore

在java中，使用了synchronized关键字和Lock锁实现了资源的并发访问控制，在同一时间只允许唯一了线程进入临界区访问资源(读锁除外)，这样子控制的主要目的是为了解决多个线程并发同一资源造成的数据不一致的问题。在另外一种场景下，一个资源有多个副本可供同时使用，比如打印机房有多个打印机、厕所有多个坑可供同时使用，这种情况下，Java提供了另外的并发访问控制--资源的多副本的并发访问控制，今天学习的信号量Semaphore即是其中的一种。
Semaphore是用来保护一个或者多个共享资源的访问，Semaphore内部维护了一个计数器，其值为可以访问的共享资源的个数。一个线程要访问共享资源，先获得信号量，如果信号量的计数器值大于1，意味着有共享资源可以访问，则使其计数器值减去1，再访问共享资源。
如果计数器值为0,线程进入休眠。当某个线程使用完共享资源后，释放信号量，并将信号量内部的计数器加1，之前进入休眠的线程将被唤醒并再次试图获得信号量。就好比一个厕所管理员，站在门口，只有厕所有空位，就开门允许与空侧数量等量的人进入厕所。多个人进入厕所后，相当于N个人来分配使用N个空位。为避免多个人来同时竞争同一个侧卫，在内部仍然使用锁来控制资源的同步访问。

2.2 如何使用Semaphore

Semaphore使用时需要先构建一个参数来指定共享资源的数量，Semaphore构造完成后可以调用acquire()方法获取Semaphore，共享资源使用完毕后可以调用release()方法释放Semaphore：

Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 创建一个有10个共享资源可供访问的信号量，即同一时刻可供10个线程同时访问
semaphore.acquire(); // 获得信号量
semaphore.release(); // 释放信号量

3. 使用CountDownLatch和Semaphore模拟并发

下面是一个使用CountDownLatch和Semaphore模拟并发的实例：

public class ConcurrencyTest {

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    // 全局变量
    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        // 信号量
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        // 计数器闭锁
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i=0;i