并发编程（八）

java中的并发工具类

1、CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

public class JoinCountDownLatchTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("1");
            }
        });
        Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2");
            }
        });
        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("3");
    }
}

输出结果可能为123或213，join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。t1和t2不确定哪个线程先执行，join只能保证线程1和线程2在主线程之前执行

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchTest {
    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();
        System.out.println("3");
    }
}

输出结果只能为123，CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，表示需要等待的线程数量。具体来说，当计数器的值为n时，CountDownLatch会允许其他线程继续执行，直到计数器归零。每次调用countDown()方法，计数器的值就会减少1。当计数器的值为0时，await()方法会返回，允许其他线程继续执行。如果把new CountDownLatch(2)改成new CountDownLatch(3)，则只会输出12，因为countDown只能减为1，无法达到值为0，会一直等待第三个线程执行完才能继续执行后面主线程。

当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。

如果有某个线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使用另外一个带指定时间的await方法——await（long time，TimeUnit unit），这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。join也有类似的方法。

2、CyclicBarrier

CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，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

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierTest {
    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);
    }
}

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12或21。如果把new CyclicBarrier(2)修改成new CyclicBarrier(3)，则主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程执行await方法，即没有第三个线程到达屏障，所以之前到达屏障的两个线程都不会继续执行。

public class CyclicBarrierTest1 {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(1);
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
                }
                System.out.println(2);
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        System.out.println(3);
    }
}

输出结果为321或312，在每个线程的run方法中，都调用了c.await()方法。这将使线程等待，直到CyclicBarrier的计数器到达0。 主线程启动这两个线程，并立即打印数字"3"。 当t1和t2线程调用c.await()时，由于此时计数器为2（因为初始化为2），所以这两个线程都会等待。 当其中一个线程（例如t1）完成其任务并调用c.countDown()时，计数器减少到1。此时，t2可以继续执行并打印"2"。 t2完成其任务并调用c.countDown()，计数器减少到0。此时，t1可以继续执行并打印"1"。

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier（int parties，Runnable barrierAction），用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景，如代码

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierTest2 {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());
    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);
    }
    static class A implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(3);
        }
    }
}

 

因为CyclicBarrier设置了拦截线程的数量是2，所以必须等代码中的第一个线程和线程A都执行完之后，才会继续执行主线程，然后输出2，因此输出结果为312。

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别：

1. 线程的执行：CountDownLatch是主线程等待，需要外部的线程来进行countDown操作。CyclicBarrier是主线程本身相互协调的，不需要其他的线程。
2. 构造函数：CyclicBarrier在调用await方法次数等于初始化个数时，能调用另外的线程进行操作。而CountDownLatch没有。
3. 线程个数的不同：CountDownLatch主线程可以有多个，外部线程有一个或者多个都可以。CyclicBarrier线程数必须等于初始化数。
4. 计数器的使用：CountDownLatch的计数器只能使用一次。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，比如如果 计算发生错误，可以重置计数器，并让线程们重新执行一次。
5. 其他有用的方法：CyclicBarrier 还提供其他有用的方法，比如 getNumberWaiting 方法可以获得CyclicBarrier 阻塞的线程数量。isBroken 方法用来知道阻塞的线程是否被中断。

3、Semaphore

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可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。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，这时我们必须控制只有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。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制。

4、Exchanger

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，当两个线程都到达同步点时，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。