Java併發程式設計：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
在java 1.5中，提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進行併發程式設計，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我們就來學習一下這三個輔助類的用法。
以下是本文目錄大綱：
一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法
若有不正之處請多多諒解，並歡迎批評指正。
請尊重作者勞動成果，轉載請標明原文連結：
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
一.CountDownLatch用法
CountDownLatch類位於java.util.concurrent包下，利用它可以實現類似計數器的功能。比如有一個任務A，它要等待其他4個任務執行完畢之後才能執行，此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了。
CountDownLatch類只提供了一個構造器：
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public CountDownLatch(int count)
{ }; //引數count為計數值 |
然後下面這3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法：
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public void await() throws InterruptedException
{ }; //呼叫await()方法的執行緒會被掛起，它會等待直到count值為0才繼續執行public boolean await(long timeout,
TimeUnit unit) throws InterruptedException
{ }; //和await()類似，只不過等待一定的時間後count值還沒變為0的話就會繼續執行public void countDown()
{ }; //將count值減1 |
下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：
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public class Test
{ public static void main(String[]
args) { final CountDownLatch
latch = new CountDownLatch(2); new Thread(){ public void run()
{ try { System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); Thread.sleep(3000); System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢"); latch.countDown(); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); new Thread(){ public void run()
{ try { System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在執行"); Thread.sleep(3000); System.out.println("子執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢"); latch.countDown(); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } }; }.start(); try { System.out.println("等待2個子執行緒執行完畢..."); latch.await(); System.out.println("2個子執行緒已經執行完畢"); System.out.println("繼續執行主執行緒"); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } }} |
執行結果：
View
Code二.CyclicBarrier用法
字面意思迴環柵欄，通過它可以實現讓一組執行緒等待至某個狀態之後再全部同時執行。叫做迴環是因為當所有等待執行緒都被釋放以後，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態就叫做barrier，當呼叫await()方法之後，執行緒就處於barrier了。
CyclicBarrier類位於java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個構造器：
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public CyclicBarrier(int parties,
Runnable barrierAction) {}public CyclicBarrier(int parties)
{} |
引數parties指讓多少個執行緒或者任務等待至barrier狀態；引數barrierAction為當這些執行緒都達到barrier狀態時會執行的內容。
然後CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2個過載版本：
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public int await() throws InterruptedException,
BrokenBarrierException { };public int await(long timeout,
TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException
{ }; |
第一個版本比較常用，用來掛起當前執行緒，直至所有執行緒都到達barrier狀態再同時執行後續任務；
第二個版本是讓這些執行緒等待至一定的時間，如果還有執行緒沒有到達barrier狀態就直接讓到達barrier的執行緒執行後續任務。
下面舉幾個例子就明白了：
假若有若干個執行緒都要進行寫資料操作，並且只有所有執行緒都完成寫資料操作之後，這些執行緒才能繼續做後面的事情，此時就可以利用CyclicBarrier了：
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public class Test
{ public static void main(String[]
args) { int N
= 4; CyclicBarrier
barrier = new CyclicBarrier(N); for(int i=0;i<N;i++) new Writer(barrier).start(); } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier
cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier
cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier
= cyclicBarrier; } @Override public void run()
{ System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作 System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢，等待其他執行緒寫入完畢"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException
e){ e.printStackTrace(); } System.out.println("所有執行緒寫入完畢，繼續處理其他任務..."); } }} |
執行結果：
View
Code從上面輸出結果可以看出，每個寫入執行緒執行完寫資料操作之後，就在等待其他執行緒寫入操作完畢。
當所有執行緒執行緒寫入操作完畢之後，所有執行緒就繼續進行後續的操作了。
如果說想在所有執行緒寫入操作完之後，進行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable引數：
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public class Test
{ public static void main(String[]
args) { int N
= 4; CyclicBarrier
barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable()
{ @Override public void run()
{ System.out.println("當前執行緒"+Thread.currentThread().getName()); } }); for(int i=0;i<N;i++) new Writer(barrier).start(); } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier
cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier
cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier
= cyclicBarrier; } @Override public void run()
{ System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作 System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢，等待其他執行緒寫入完畢"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException
e){ e.printStackTrace(); } System.out.println("所有執行緒寫入完畢，繼續處理其他任務..."); } }} |
執行結果：
View
Code從結果可以看出，當四個執行緒都到達barrier狀態後，會從四個執行緒中選擇一個執行緒去執行Runnable。
下面看一下為await指定時間的效果：
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public class Test
{ public static void main(String[]
args) { int N
= 4; CyclicBarrier
barrier = new CyclicBarrier(N); for(int i=0;i<N;i++)
{ if(i<N-1) new Writer(barrier).start(); else { try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } new Writer(barrier).start(); } } } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier
cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier
cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier
= cyclicBarrier; } @Override public void run()
{ System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作 System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢，等待其他執行緒寫入完畢"); try { cyclicBarrier.await(2000,
TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (TimeoutException
e) { //
TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException
e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有執行緒寫入完畢，繼續處理其他任務..."); } }} |
執行結果：
View
Code上面的程式碼在main方法的for迴圈中，故意讓最後一個執行緒啟動延遲，因為在前面三個執行緒都達到barrier之後，等待了指定的時間發現第四個執行緒還沒有達到barrier，就丟擲異常並繼續執行後面的任務。
另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個例子：
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public class Test
{ public static void main(String[]
args) { int N
= 4; CyclicBarrier
barrier = new CyclicBarrier(N); for(int i=0;i<N;i++)
{ new Writer(barrier).start(); } try { Thread.sleep(25000); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("CyclicBarrier重用"); for(int i=0;i<N;i++)
{ new Writer(barrier).start(); } } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier
cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier
cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier
= cyclicBarrier; } @Override public void run()
{ System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"正在寫入資料..."); try { Thread.sleep(5000); //以睡眠來模擬寫入資料操作 System.out.println("執行緒"+Thread.currentThread().getName()+"寫入資料完畢，等待其他執行緒寫入完畢"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException
e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有執行緒寫入完畢，繼續處理其他任務..."); } }} |
執行結果：
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Code從執行結果可以看出，在初次的4個執行緒越過barrier狀態後，又可以用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進行重複使用。
三.Semaphore用法
Semaphore翻譯成字面意思為 訊號量，Semaphore可以控同時訪問的執行緒個數，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。
Semaphore類位於java.util.concurrent包下，它提供了2個構造器：
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public Semaphore(int permits)
{ //引數permits表示許可數目，即同時可以允許多少執行緒進行訪問 sync
= new NonfairSync(permits);}public Semaphore(int permits, boolean fair)
{ //這個多了一個引數fair表示是否是公平的，即等待時間越久的越先獲取許可 sync
= (fair)? new FairSync(permits)
: new NonfairSync(permits);} |
下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法，首先是acquire()、release()方法：
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public void acquire() throws InterruptedException
{ } //獲取一個許可public void acquire(int permits) throws InterruptedException
{ } //獲取permits個許可public void release()
{ } //釋放一個許可public void release(int permits)
{ } //釋放permits個許可 |
acquire()用來獲取一個許可，若無許可能夠獲得，則會一直等待，直到獲得許可。
release()用來釋放許可。注意，在釋放許可之前，必須先獲獲得許可。
這4個方法都會被阻塞，如果想立即得到執行結果，可以使用下面幾個方法：
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public boolean tryAcquire()
{ }; //嘗試獲取一個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回falsepublic boolean tryAcquire(long timeout,
TimeUnit unit) throws InterruptedException
{ }; //嘗試獲取一個許可，若在指定的時間內獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回falsepublic boolean tryAcquire(int permits)
{ }; //嘗試獲取permits個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回falsepublic boolean tryAcquire(int permits, long timeout,
TimeUnit unit) throws InterruptedException
{ }; //嘗試獲取permits個許可，若在指定的時間內獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false |
另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數目。
下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用：
假若一個工廠有5臺機器，但是有8個工人，一臺機器同時只能被一個工人使用，只有使用完了，其他工人才能繼續使用。那麼我們就可以通過Semaphore來實現：
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public class Test
{ public static void main(String[]
args) { int N
= 8; //工人數 Semaphore
semaphore = new Semaphore(5); //機器數目 for(int i=0;i<N;i++) new Worker(i,semaphore).start(); } static class Worker extends Thread{ private int num; private Semaphore
semaphore; public Worker(int num,Semaphore
semaphore){ this.num
= num; this.semaphore
= semaphore; } @Override public void run()
{ try { semaphore.acquire(); System.out.println("工人"+this.num+"佔用一個機器在生產..."); Thread.sleep(2000); System.out.println("工人"+this.num+"釋放出機器"); semaphore.release(); } catch (InterruptedException
e) { e.printStackTrace(); } } }} |
執行結果：
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Code
下面對上面說的三個輔助類進行一個總結：
1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠實現執行緒之間的等待，只不過它們側重點不同：
CountDownLatch一般用於某個執行緒A等待若干個其他執行緒執行完任務之後，它才執行；
而CyclicBarrier一般用於一組執行緒互相等待至某個狀態，然後這一組執行緒再同時執行；
另外，CountDownLatch是不能夠重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
2）Semaphore其實和鎖有點類似，它一般用於控制對某組資源的訪問許可權。
參考資料：
《Java程式設計思想》
http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html
http://leaver.me/archives/3220.html
http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm
http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329
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