Java并发之同步工具类
1. CountDownlatch（计数器）
描述：
一个同步工具类，允许一个或多个线程等待其它线程完成操作
类图
通过指定的count值进行初始化，调用await方法的线程将被阻塞，直到count值通过countDown()方法减小到0，所有等待的线程才会被释放继续执行。另外CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值
事例：
package com.lkf.concurrent;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import static java.util.concurrent.Executors.newFixedThreadPool;
public class CountDownlatchTest {
/**
* 计数器，用来控制线程数量，传入参数2，表示计数器计数为2
*/
private final static CountDownLatch M_COUNT_DOWN_LATCH = new CountDownLatch(2);
/**
* 示例工作线程类
*/
private static class WorkerThreadA implements Runnable {
private final String mThreadName;
private final int mSleepTime;
public WorkerThreadA(String name, int sleepTime) {
mThreadName = name;
mSleepTime = sleepTime;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("[" + mThreadName + "] started!");
try {
Thread.sleep(mSleepTime);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
M_COUNT_DOWN_LATCH.countDown();
System.out.println("[" + mThreadName + "] end!");
}
}
/**
* 工作线程类
*/
private static class WorkerThreadB implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("[WorkerThread] started!");
try {
// 阻塞在这里等待 mCountDownLatch 里的count变为0；
M_COUNT_DOWN_LATCH.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("[WorkerThread] end!");
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executorService = newFixedThreadPool(3);
// 最先run WorkerThread
executorService.submit(new WorkerThreadB());
// 运行两个工作线程
// 工作线程1运行3秒
executorService.submit(new WorkerThreadA("WorkingThread1", 3000));
// 工作线程2运行2秒
executorService.submit(new WorkerThreadA("WorkingThread2", 2000));
}
}
2. CyclicBarrier（同步屏障）
描述
CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(intparties)，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
类图
事例
package com.lkf.concurrent;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierTest {
public static void main(String[] args) {
//初始化四个线程
int threadNum = 4;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadNum, new WorkerThreadA());
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
new WorkerThread(barrier).start();
}
}
static class WorkerThread extends Thread {
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public WorkerThread(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在执行");
try {
Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟操作
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完毕，等待其他线程执行完成");
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有线程执行完成，继续处理其他任务...");
}
}
static class WorkerThreadA extends Thread {
@Override
public void run() {
System.err.println("我是特殊任务");
}
}
}
有一个高级构造函数，当一组线程执行完毕后，优先执行某个方法，CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，可以用来处理特殊的任务
应用场景
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。比如一个1000万行数据的大文件，统计数据最大的钱五个数，假如我们用五个线程，将大文件分成5份，分别计算每一份中最大的数，最后，barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个文件中最大的五个数。
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
CountDownLatch的计数器只能使用一次，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。
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。比如以下代码执行完之后会返回true。
3. Semaphore(信号量)
描述
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，就是控制并发线程的数量
类图
应用场景
Semaphore可以用于做流量控制，特别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的读取，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十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，我们就可以使用Semaphore来做流控
事例
public class SemaphoreTest {
private static final int THREAD_COUNT = 30;
private static ExecutorService threadPool = newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
private static Semaphore s = new Semaphore(10);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
s.acquire();
System.out.println("save data");
s.release();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
}
其他方法
Semaphore还提供一些其他方法：
int availablePermits() ：返回此信号量中当前可用的许可证数。
int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
boolean hasQueuedThreads() ：是否有线程正在等待获取许可证。
void reducePermits(int reduction) ：减少reduction个许可证。是个protected方法。
Collection getQueuedThreads() ：返回所有等待获取许可证的线程集合。是个protected方法。
4. Exchanger（线程间数据交换）
描述
Exchanger（交换器）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，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
类图
应用场景
Exchanger可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。
Exchanger也可以用于校对工作。比如我们需要将纸制银流通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel之后，系统需要加载这两个Excel，并对这两个Excel数据进行校对，看看是否录入的一致
事例
public class ExchangerTest {
//交换器
private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();
//线程池
private static ExecutorService threadPool = newFixedThreadPool(2);
public static void main(String[] args) {
threadPool.execute(() -> {
try {
String threadAData = "线程A的数据";
exgr.exchange(threadAData);
} catch (InterruptedException e) {
}
});
threadPool.execute(() -> {
try {
String threadBData = "线程B的数据";
String threadAData = exgr.exchange("B");
System.out.println("A和B数据是否一致：" + threadAData.equals(threadBData) + ",A录入的是："
+ threadAData + ",B录入是：" + threadBData);
} catch (InterruptedException e) {
}
});
threadPool.shutdown();
}
}
其它方法
如果两个线程有一个没有到达exchange方法，则会一直等待,如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以设置最大等待时长。
public V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)
