Java中的4个并发工具类 CountDownLatch CyclicBarrier Semaphore Exchanger
在 java.util.concurrent 包中提供了 4 个有用的并发工具类
CountDownLatch 允许一个或多个线程等待其他线程完成操作，课题点 Thread 类的 join() 方法
CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景
Semaphore 用来控制同时访问特定资源的线程数量，通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源
Exchanger 提供了在线程间交换数据的一种手段，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
等待多线程完成的 CountDownLatch
第一种方式是使用 Thread 类的 join() 方法，该方法让当前执行线程等待 join 线程执行结束。
package concurrency; public class JoinCountDownLatchTest { public static void main(String [] args) throws InterruptedException { Thread parser1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("I am from the parser1"); } }); Thread parser2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("I am from the parser2"); } }); parser1.start(); parser2.start(); parser1.join(); // 当前线程等待 parser1 线程执行完毕 parser2.join(); // 当前线程等待 parser2 线程执行完毕 System.out.println("I am from the main"); } }
CountDownLatch 的构造函数接受一个 int 类型的参数作为计数器，当调用 countDown() 方法时，计数器的值会减1；CountDownLatch 的 await () 会阻塞当前线程，直到计数器变为0。
countDown() 方法可以用在任何地方，因此不仅可以等待多个线程，也可以等待一个线程中的多个执行步骤
计数器必须大于等于 0，只是等于 0 的时候，调用 await() 方法时不会阻塞当前线程。
一个线程调用 countDown() 方法 happens-before 另一个线程调用 await() 方法
package concurrency; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class CountDownLatchTest { static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2); // 设置计数器为 2 public static void main(String [] args) throws InterruptedException { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("1"); c.countDown(); // 计数器减 1 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("2"); c.countDown(); // 计数器减 1 } }).start(); c.await(); // 阻塞当前线程，直到 count 变为 0 System.out.println("3"); } }
同步屏障 CyclicBarrier
让一组线程到达一个屏障（或同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障是，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。
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，每个线程调用 await() 方法告知其以到达屏障，然后改线程被阻塞，直到所有的线程都到达屏障后，屏障才会开门，然后线程们在继续运行。
CyclicBarrier 另一个构造方法是 CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于在线程到达屏障时，优先执行 barrierAction，方便处理复杂的业务场景
package concurrency; 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 { Thread.sleep(1000); c.await(); // 到达屏障 阻塞当前线程 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("1"); } }).start(); try { c.await(); // 到达屏障 阻塞当前线程 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("2"); } }
package concurrency; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class CyclicBarrierTest2 { static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A()); // 屏障打开后，优先执行 new A() public static void main(String[] args) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000); c.await(); // 到达屏障 阻塞当前线程 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("1"); } }).start(); try { Thread.sleep(1000); c.await(); // 到达屏障 阻塞当前线程 } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("2"); } static class A implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println("3"); } } }
CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。例如，用一个 Excel 保存了用户所有银行流水，每个 sheet 保存一个账户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个 sheet 里的银行流水，都执行完之后，得到每个 sheet 的日均银行流水，最后，再用 barrierAction 将这些线程的计算结果汇总得到整个 Excel 的日均银行流水。
package concurrency; import java.util.Map.Entry; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.Executor; import java.util.concurrent.Executors; public class BankWaterService implements Runnable { private CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4, this); // 创建 4 个屏障，处理完之后运行当前类的 run 方法 private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4); // 创建一个包含 4 个线程的线程池 private ConcurrentHashMap<String, Integer> sheetBankWaterCount = new ConcurrentHashMap<>(); private void count() { for (int i = 0; i < 4; i++) { executor.execute(new Runnable() { @Override public void run() { sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(), 1); try { Thread.sleep(1000); c.await(); // 插入屏障 } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }); } } @Override public void run() { int result = 0; for (Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) { result += sheet.getValue(); } sheetBankWaterCount.put("result", result); System.out.println(result); } public static void main(String [] args) { BankWaterService bankWaterService = new BankWaterService(); bankWaterService.count(); } }
控制并发数的 Semaphore
用于做流量控制，特别是公共资源有限的场景，如数据库连接。
Semaphore 的构造方法 Semaphore(int permits) 接受一个整数，表示可用的许可证数量，即最大并发数
package concurrency; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; 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); // 最大并发数是 10 public static void main(String [] args) { for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) { // 虽然有30个线程，但最多只有10个并发执行 threadPool.execute(new Runnable() { @Override public void run() { try { s.acquire(); // 获取一个许可 Thread.sleep(1000); System.out.println(Thread.currentThread().getName()); Thread.sleep(1000); s.release(); // 释放一个许可 } catch (InterruptedException e) { } } }); } threadPool.shutdown(); } }
线程间交换数据的 Exchanger
用于进行线程间的数据交换，他提供一个同步点，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，将本线程产生出来的数据传递给对方。
package concurrency; import java.util.concurrent.Exchanger; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ExchangerTest { private static final Exchanger<String> EXCHANGER = new Exchanger<>(); private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2); public static void main(String [] args) { threadPool.execute(new Runnable() { @Override public void run() { try { String A = "银行流水A"; System.out.println("A录入的是： " + A); A = EXCHANGER.exchange(A); // 将对象 A 传递到另一个线程，并接受的另一个线程传递过来的值。 System.out.println("A录入的是： " + A); } catch (InterruptedException e) { } } }); threadPool.execute(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000); String B = "银行流水B"; System.out.println("B录入的是： " + B); B = EXCHANGER.exchange(B); System.out.println("B录入的是： " + B); } catch (InterruptedException e) { } } }); threadPool.shutdown(); } }
