Java并发之CyclicBarrier、CountDownLatch、Phaser

在Java多线程编程中，经常会需要我们控制并发流程，等其他线程执行完毕，或者分阶段执行。Java在1.5的juc中引入了CountDownLatch和CyclicBarrier，1.7中又引入了Phaser。

CountDownLatch

A synchronization aid that allows one or more threads to wait until a set of operations being performed in other threads completes.

一个或多个线程等待其他线程完成一系列操作后才执行。

流程图：

基本使用：

使用两个 countdown latches的示例。

第一个是开始信号，在发出执行命令前，阻止线程开始执行。

第二个是完成信号，直到所有线程执行完毕，主线程再开始执行。

class Driver { // ...
    void main() throws InterruptedException {
        CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);

        for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
            new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();

        doSomethingElse();            // don't let run yet
        startSignal.countDown();      // let all threads proceed
        doSomethingElse();
        doneSignal.await();           // wait for all to finish
    }
}

class Worker implements Runnable {
    private final CountDownLatch startSignal;
    private final CountDownLatch doneSignal;
    Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal) {
        this.startSignal = startSignal;
        this.doneSignal = doneSignal;
    }
    public void run() {
        try {
            startSignal.await();
            doWork();
            doneSignal.countDown();
        } catch (InterruptedException ex) {} // return;
    }

    void doWork() { ... }
}}

CyclicBarrier

A synchronizati on aid that allows a set of threads to all wait for each other to reach a common barrier point.

多个线程互相等待，直到到达同一个同步点，再继续一起执行。CyclicBarrier适用于多个线程有固定的多步需要执行，线程间互相等待，当都执行完了，在一起执行下一步。

流程图：

基本使用：

public class CyclicBarrierTest {

    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);
        }
    }
}

以上的例子利用了CyclicBarrier提供的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。

Phaser

A reusable synchronization barrier, similar in functionality to* {@link java.util.concurrent.CyclicBarrier CyclicBarrier} and* {@link java.util.concurrent.CountDownLatch CountDownLatch}* but supporting more flexible usage.

Phaser拥有与CyclicBarrier和CountDownLatch类似的功劳.但是这个类提供了更加灵活的应用。它支持任务在多个点都进行同步，支持动态调整注册任务的数量。当然你也可以使用CountDownLatch，但你必须创建多个CountDownLatch对象，每一阶段都需要一个CountDownLatch对象。

流程图：

基本使用：

public class Match {

    // 模拟了100米赛跑，10名选手，只等裁判一声令下。当所有人都到达终点时，比赛结束。
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        final Phaser phaser=new Phaser(1) ;
        // 十名选手
        for (int index = 0; index < 10; index++) {
            phaser.register();
            new Thread(new player(phaser),"player"+index).start();
        }
        System.out.println("Game Start");
        //注销当前线程,比赛开始
        phaser.arriveAndDeregister();
        //是否非终止态一直等待
        while(!phaser.isTerminated()){
        }
        System.out.println("Game Over");
    }
}
class player implements Runnable{

    private  final Phaser phaser ;

    player(Phaser phaser){
        this.phaser=phaser;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            // 第一阶段——等待创建好所有线程再开始
            phaser.arriveAndAwaitAdvance();

            // 第二阶段——等待所有选手准备好再开始
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready");
            phaser.arriveAndAwaitAdvance();

            // 第三阶段——等待所有选手准备好到达，到达后，该线程从phaser中注销，不在进行下面的阶段。
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " arrived");
            phaser.arriveAndDeregister();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}