JUC——CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore

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CountDownLatch 是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。CountDownLatch 能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成一些任务，然后在 CountDownLatch 上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

一、CountDownLatch 的用法

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CountDownLatch 典型用法1：某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将 CountDownLatch 的计数器初始化为 new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownLatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch 上 await() 的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

CountDownLatch 典型用法2：实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1)，将其计算器初始化为1，多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await()，当主线程调用countDown()时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。

二、CountDownLatch的不足

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CountDownLatch 是一次性的，计算器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch 使用完毕后，它不能再次被使用。

三、CountDownLatch（倒计时计算器）使用说明

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方法说明：【1】public void countDown()：递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程。如果当前计数大于零，则将计数减少；
【2】public boolean await(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException：使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。如果当前计数为零，则此方法立刻返回 true 值；如果当前计数大于零，则出于线程调度目的，将禁用当前线程，且在发生以下三种情况之一前，该线程将一直出于休眠状态：由于调用 countDown() 方法，计数到达零；或者其他某个线程中断当前线程；或者已超出指定的等待时间。
   ■  如果计数到达零，则该方法返回 true值。
   ■  如果当前线程，在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者在等待时被中断，则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。
   ■  如果超出了指定的等待时间，则返回值为 false。如果该时间小于等于零，则该方法根本不会等待。

参数：timeout：要等待的最长时间；unit-timeout：参数的时间单位；

返回：如果计数到达零，则返回 true；如果在计数到达零之前超过了等待时间，则返回 false；

抛出：InterruptedException 如果当前线程在等待时被中断；

四、代码案例演示

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【1】通过 CountDownLatch 让主线程等待子线程执行完成在执行。

public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
        for(int i=1;i<=3;i++){
            new Thread(()->{
                System.out.println("第"+ Thread.currentThread().getName() +"个线程");
                //减一
                countDownLatch.countDown();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        
        //通过 countDownLatch 阻塞主线程，调用await的线程会被阻塞。
        countDownLatch.await();
        System.out.println("主线程启动"+Thread.currentThread().getName());
    }
}

【2】执行结果如下：
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五、CyclicBarrier

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CyclicBarrier 的作用于CountDownLatch 相同。不同之处是，CountDownLatch 是从 n 到 0，而 CyclicBarrier 是从0 到 n。刚好相反的过程。CyclicBarrier 的字面意思是可循环（Cyclic）使用的屏障（Barrier）。
【1】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量，每个线程使用 await()方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。
【2】CyclicBarrier 的另一个构造函数 CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。下面主要通过一段代码进行演示：

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3,()->{
            System.out.println("达到目标线程数后执行");
        });
        for (int i=1;i<=3;i++){
            new Thread(()->{
                System.out.println("第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程开始执行");
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程结束执行");
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

【3】输入结果展示：
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六、Semaphore

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信号量（Semaphore）：主要用于两个目的，一个是用于多个资源的互斥使用，另一个用于并发线程的控制。常用于限制可以访问某些资源的线程数量。类似于线程池的概念，当线程达到线程最大值时，就需要等待（await）。直到有线程被释放时，才可以获取线程并执行任务。举个栗子如下：

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //最多只允许创建3个线程：举例：当前只有三个餐桌
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        //我们有6个线程需要执行。举例：当前有6个客人
        for(int i=1;i<=6;i++){
            new Thread(()->{
                try {
                    //获取创建的三个线程中的一个，有点线程池的意思
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("当前第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程==启动");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(6));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    System.out.println("当前第"+Thread.currentThread().getName()+"个线程==结束");
                    //使用完后，将线程释放，供其他线程使用
                    semaphore.release();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

 输入结果展示：对上述代码不管执行多少次，启动的线程数都不会超过自定义的数字（3）
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