线程同步工具类
写在前面
同步工具类主要包括闭锁（如CountDownLatch），栅栏（如CyclicBarrier），信号量（如Semaphore）和阻塞队列（如LinkedBlockingQueue）等；
使用同步工具类可以协调线程的控制流；
同步工具类封装了一些状态，这些状态决定线程是继续执行还是等待，此外同步工具类还提供了修改状态的方法；
下面将简单介绍以上同步工具类；
闭锁
可以让一个线程等待一组事件发生后（不一定要线程结束）继续执行；
以CountDownLatch为例，内部包含一个计数器，一开始初始化为一个整数（事件个数），发生一个事件后，调用countDown方法，计数器减1，await用于等待计数器为0后继续执行当前线程；
举个例子如下，main线程等待其它子线程的事件发生后继续执行main线程：
package concurrency; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.TimeUnit; class TaskTest implements Runnable { private CountDownLatch latch; private int sleepTime; /** * */ public TaskTest(int sleepTime, CountDownLatch latch) { this.sleepTime = sleepTime; this.latch = latch; } /** * @see java.lang.Runnable#run() */ @Override public void run() { try { CountDownLatchTest.print(" is running。"); TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(sleepTime); CountDownLatchTest.print(" finished。"); //计数器减减 latch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public class CountDownLatchTest { public static void main(String[] args) { int count = 10; final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count); ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(count); for (int i = 0; i < count; i++) { es.execute(new TaskTest((i + 1) * 1000, latch)); } try { CountDownLatchTest.print(" waiting..."); //主线程等待其它事件发生 latch.await(); //其它事件已发生，继续执行主线程 CountDownLatchTest.print(" continue。。。"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { es.shutdown(); } } public static void print(String str){ SimpleDateFormat dfdate = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); System.out.println("[" + dfdate.format(new Date()) + "]" + Thread.currentThread().getName() + str); } }
结果打印如下：
[09:41:43]pool-1-thread-1 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-6 is running。 [09:41:43]main waiting... [09:41:43]pool-1-thread-10 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-4 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-5 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-2 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-3 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-7 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-8 is running。 [09:41:43]pool-1-thread-9 is running。 [09:41:44]pool-1-thread-1 finished。 [09:41:45]pool-1-thread-2 finished。 [09:41:46]pool-1-thread-3 finished。 [09:41:47]pool-1-thread-4 finished。 [09:41:48]pool-1-thread-5 finished。 [09:41:49]pool-1-thread-6 finished。 [09:41:50]pool-1-thread-7 finished。 [09:41:51]pool-1-thread-8 finished。 [09:41:52]pool-1-thread-9 finished。 [09:41:53]pool-1-thread-10 finished。 [09:41:53]main continue。。。
此外，FutureTask也可用作闭锁，其get方法会等待任务完成后返回结果，否则一直阻塞直到任务完成；
信号量
控制同时执行某个指定操作的数量，常用于实现资源池，如数据库连接池，线程池...
以Semaphore为例，其内部维护一组资源，可以通过构造函数指定数目，其它线程在执行的时候，可以通过acquire方法获取资源，有的话，继续执行（使用结束后释放资源），没有资源的话将阻塞直到有其它线程调用release方法释放资源；
举个例子，如下代码，十个线程竞争三个资源，一开始有三个线程可以直接运行，剩下的七个线程只能阻塞等到其它线程使用资源完毕才能执行；
package concurrency; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class SemaphoreTest { public static void print(String str){ SimpleDateFormat dfdate = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); System.out.println("[" + dfdate.format(new Date()) + "]" + Thread.currentThread().getName() + str); } public static void main(String[] args) { // 线程数目 int threadCount = 10; // 资源数目 Semaphore semaphore = new Semaphore(3); ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(threadCount); // 启动若干线程 for (int i = 0; i < threadCount; i++) es.execute(new ConsumeResourceTask((i + 1) * 1000, semaphore)); } } class ConsumeResourceTask implements Runnable { private Semaphore semaphore; private int sleepTime; /** * */ public ConsumeResourceTask(int sleepTime, Semaphore semaphore) { this.sleepTime = sleepTime; this.semaphore = semaphore; } public void run() { try { //获取资源 semaphore.acquire(); SemaphoreTest.print(" 占用一个资源..."); TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(sleepTime); SemaphoreTest.print(" 资源使用结束，释放资源"); //释放资源 semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
[10:30:11]pool-1-thread-1 占用一个资源... [10:30:11]pool-1-thread-2 占用一个资源... [10:30:11]pool-1-thread-3 占用一个资源... [10:30:12]pool-1-thread-1 资源使用结束，释放资源 [10:30:12]pool-1-thread-4 占用一个资源... [10:30:13]pool-1-thread-2 资源使用结束，释放资源 [10:30:13]pool-1-thread-5 占用一个资源... [10:30:14]pool-1-thread-3 资源使用结束，释放资源 [10:30:14]pool-1-thread-8 占用一个资源... [10:30:16]pool-1-thread-4 资源使用结束，释放资源 [10:30:16]pool-1-thread-6 占用一个资源... [10:30:18]pool-1-thread-5 资源使用结束，释放资源 [10:30:18]pool-1-thread-9 占用一个资源... [10:30:22]pool-1-thread-8 资源使用结束，释放资源 [10:30:22]pool-1-thread-7 占用一个资源... [10:30:22]pool-1-thread-6 资源使用结束，释放资源 [10:30:22]pool-1-thread-10 占用一个资源... [10:30:27]pool-1-thread-9 资源使用结束，释放资源 [10:30:29]pool-1-thread-7 资源使用结束，释放资源 [10:30:32]pool-1-thread-10 资源使用结束，释放资源
栅栏
栅栏用于等待其它线程，且会阻塞自己当前线程；
所有线程必须同时到达栅栏位置后，才能继续执行；
举个例子如下：
package concurrency; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.TimeUnit; class CyclicBarrierTaskTest implements Runnable { private CyclicBarrier cyclicBarrier; private int timeout; public CyclicBarrierTaskTest(CyclicBarrier cyclicBarrier, int timeout) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; this.timeout = timeout; } @Override public void run() { TestCyclicBarrier.print(" 正在running..."); try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(timeout); TestCyclicBarrier.print(" 到达栅栏处，等待其它线程到达"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } TestCyclicBarrier.print(" 所有线程到达栅栏处，继续执行各自线程任务..."); } } public class TestCyclicBarrier { public static void print(String str) { SimpleDateFormat dfdate = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); System.out.println("[" + dfdate.format(new Date()) + "]" + Thread.currentThread().getName() + str); } public static void main(String[] args) { int count = 5; ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(count); CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(count, new Runnable() { @Override public void run() { TestCyclicBarrier.print(" 所有线程到达栅栏处,可以在此做一些处理..."); } }); for (int i = 0; i < count; i++) es.execute(new CyclicBarrierTaskTest(barrier, (i + 1) * 1000)); } }
[11:07:00]pool-1-thread-2 正在running... [11:07:00]pool-1-thread-1 正在running... [11:07:00]pool-1-thread-5 正在running... [11:07:00]pool-1-thread-3 正在running... [11:07:00]pool-1-thread-4 正在running... [11:07:01]pool-1-thread-1 到达栅栏处，等待其它线程到达 [11:07:02]pool-1-thread-2 到达栅栏处，等待其它线程到达 [11:07:03]pool-1-thread-3 到达栅栏处，等待其它线程到达 [11:07:04]pool-1-thread-4 到达栅栏处，等待其它线程到达 [11:07:05]pool-1-thread-5 到达栅栏处，等待其它线程到达 [11:07:05]pool-1-thread-5 所有线程到达栅栏处,可以在此做一些处理... [11:07:05]pool-1-thread-1 所有线程到达栅栏处，继续执行各自线程任务... [11:07:05]pool-1-thread-2 所有线程到达栅栏处，继续执行各自线程任务... [11:07:05]pool-1-thread-5 所有线程到达栅栏处，继续执行各自线程任务... [11:07:05]pool-1-thread-3 所有线程到达栅栏处，继续执行各自线程任务... [11:07:05]pool-1-thread-4 所有线程到达栅栏处，继续执行各自线程任务...
阻塞队列
阻塞队列提供了可阻塞的入队和出对操作，如果队列满了，入队操作将阻塞直到有空间可用，如果队列空了，出队操作将阻塞直到有元素可用；
队列可以为有界和无界队列，无界队列不会满，因此入队操作将不会阻塞；
下面将使用阻塞队列LinkedBlockingQueue举个生产者-消费者例子，生产者每隔1秒生产1个产品，然后有6个消费者在消费产品，可以发现，每隔1秒，只有一个消费者能够获取到产品消费，其它线程只能等待...
如下代码：
package concurrency; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; //生产者 public class Producer implements Runnable { private final BlockingQueue<String> fileQueue; public Producer(BlockingQueue<String> queue) { this.fileQueue = queue; } public void run() { try { while (true) { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000); String produce = this.produce(); System.out.println(Thread.currentThread() + "生产：" + produce); fileQueue.put(produce); } } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } public String produce() { SimpleDateFormat dfdate = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); return dfdate.format(new Date()); } public static void main(String[] args) { BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(10); for (int i = 0; i < 1; i++) { new Thread(new Producer(queue)).start(); } for (int i = 0; i < 6; i++) { new Thread(new Consumer(queue)).start(); } } } // 消费者 class Consumer implements Runnable { private final BlockingQueue<String> queue; public Consumer(BlockingQueue<String> queue) { this.queue = queue; } public void run() { try { while (true) { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000); System.out.println(Thread.currentThread() + "prepare 消费"); System.out.println(Thread.currentThread() + "starting：" + queue.take()); System.out.println(Thread.currentThread() + "end 消费"); } } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } }
Thread[Thread-1,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-3,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-4,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-2,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-6,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-5,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-0,5,main]生产：11:36:36 Thread[Thread-1,5,main]starting：11:36:36 Thread[Thread-1,5,main]end 消费 Thread[Thread-1,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-0,5,main]生产：11:36:37 Thread[Thread-4,5,main]starting：11:36:37 Thread[Thread-4,5,main]end 消费 Thread[Thread-4,5,main]prepare 消费 Thread[Thread-0,5,main]生产：11:36:38 Thread[Thread-3,5,main]starting：11:36:38 Thread[Thread-3,5,main]end 消费
...
参考资料:java并发编程实战
