Java中的并发工具类
一、等待多线程完成的CountDownLatch
需求场景：当我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到sheet都解析完之后，程序需要提示解析完成。
当然我们可以使用join方法，join用于让当前线程等待join线程执行结束。在JDK1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的功能。
CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，就传入N。当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变为零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。
public class CountDownLatchTest {
static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// new Thread(new Runnable() {
// @Override
// public void run() {
// System.out.println(1);
// c.countDown();
// System.out.println(2);
// c.countDown();
//
// }
// }).start();
// c.await();
// System.out.println(3);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(1);
c.countDown();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(2);
c.countDown();
}
}).start();
c.await();
System.out.println(3);
}
}
上面执行结果可能是2 1 finished，也可能是1 2 finished，总之1、2在finished之前输出。
二、同步屏障CyclicBarrier
CyclicBarrier要做的事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运行。
public class CyclicBarrierTest {
static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
c.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(1);
}
}).start();
try {
c.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(2);
}
}
因为主线程和子线程的调度是由CPU决定的，两个线程都有可能先执行，所以输出1 2，有可能是输出2 1。
如果把new CyclicBarrier(2)修改成new CyclicBarrier(3)，则主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程执行await()方法，既没有第三个线程到达屏障，所以两个线程都不会继续执行。
CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrieAction)，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。
public class CyclicBarrierTest1 {
static CyclicBarrier c=new CyclicBarrier(2, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("initialize....");
}
});
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
c.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(1);
}
}).start();
try {
c.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(2);
}
}
上面会首先输出initialize....
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根据这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水。
public class CyclicBarrierTest2 implements Runnable{
private CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4, this);
private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
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() {
try {
//模拟计算当前sheet的流水数据。
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(), 1);
try {
//银流计算完成，插入一个屏障
c.await();
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
@Override
public void run() {
int result=0;
//所有线程到达屏障后，汇总每个sheet计算出的结果
for (Map.Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) {
result+=sheet.getValue();
}
sheetBankWaterCount.put("result", result);
System.out.println(result);
}
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrierTest2 barrierTest2=new CyclicBarrierTest2();
barrierTest2.count();
}
}
控制并发线程数的Semaphore
Semaphore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，以保证合理地使用公共资源。
应用场景：
Semaphore可以用于做流量控制，特别是公共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地读取，但是如果读到内存中，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这是我们必须控制只有10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，就可以使用Semaphore来做流量控制。
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);
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 (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
}
在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法Semaphore(int permits)接受一个整数的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore(10)表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数10.Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。
线程间交换数据的Exchanger
Exchanger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exchanger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，将本线程生产出来的数据传递给对方。
应用场景：
Exchanger可用与校对工作，比如我们需要将纸质银行流水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，并对两个Excel数据进行校对，看看是否录入一致。
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() {
String a = "银行流水A";
try {
a=exchanger.exchange(a);
System.out.println("交换后，a="+a);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String b = "银行流水B";
try {
b=exchanger.exchange(b);
System.out.println("交换后，b="+b);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
threadPool.shutdown();
}
}
上面输出：
交换后，a=银行流水B
交换后，b=银行流水A
如果两个线程有一个没有执行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，可以用exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)设置最大等待时长。
参考：《Java并发编程的艺术》-方腾飞
