CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore 用法總結(jié)

simon_chen 發(fā)布于2019-08-16 10:53 / 1538人閱讀

摘要：叫做回環(huán)是因?yàn)楫?dāng)所有等待線程都被釋放以后，可以被重用。我們暫且把這個(gè)狀態(tài)就叫做，當(dāng)調(diào)用方法之后，線程就處于了。

CountDownLatch

CountDownLatch 類位于 java.util.concurrent 包下，利用它可以實(shí)現(xiàn)類似計(jì)數(shù)器的功能。比如有一個(gè)任務(wù)A，它要等待其他4個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢之后才能執(zhí)行，此時(shí)就可以利用CountDownLatch來實(shí)現(xiàn)這種功能了。

CountDownLatch類只提供了一個(gè)構(gòu)造器：

public CountDownLatch(int count) {  };  //參數(shù)count為計(jì)數(shù)值

然后下面這3個(gè)方法是CountDownLatch類中最重要的方法：

public void await() throws InterruptedException { };   //調(diào)用await()方法的線程會(huì)被掛起，它會(huì)等待直到count值為0才繼續(xù)執(zhí)行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //和await()類似，只不過等待一定的時(shí)間后count值還沒變?yōu)?的話就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行
public void countDown() { };  //將count值減1

代碼實(shí)現(xiàn)

package sychronized;

import static net.mindview.util.Print.*;
import java.util.concurrent.*;

class Task implements Runnable{
    private static int count = 0;
    private final int id = count++;
    final CountDownLatch latch ;
    public Task(CountDownLatch latch){
        this.latch = latch;
    }
    
    @Override
    public void run(){
        try {
            print(this+"正在執(zhí)行");
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3000);
            print(this+"執(zhí)行完畢");
            latch.countDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            print(this + " 被中斷");
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Task-"+id;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        
        exec.execute(new Task(latch));
        exec.execute(new Task(latch));
        
        try {
            print("等待2個(gè)子線程執(zhí)行完畢...");
            long start = System.currentTimeMillis();
            latch.await();
            long end = System.currentTimeMillis();
            
            print("2個(gè)子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢 "+(end - start));
            print("繼續(xù)執(zhí)行主線程");
        }catch (InterruptedException e){
            print("主線程被中斷");
        }
        exec.shutdown();
    }
}

#輸出結(jié)果：
等待2個(gè)子線程執(zhí)行完畢...
Task-0正在執(zhí)行
Task-1正在執(zhí)行
Task-0執(zhí)行完畢
Task-1執(zhí)行完畢
2個(gè)子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢 3049
繼續(xù)執(zhí)行主線程

CyclicBarrier

字面意思回環(huán)柵欄，通過它可以實(shí)現(xiàn)讓一組線程等待至某個(gè)狀態(tài)之后再全部同時(shí)執(zhí)行。叫做回環(huán)是因?yàn)楫?dāng)所有等待線程都被釋放以后，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個(gè)狀態(tài)就叫做barrier，當(dāng)調(diào)用await()方法之后，線程就處于barrier了。

CyclicBarrier類位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個(gè)構(gòu)造器：

參數(shù)parties指讓多少個(gè)線程或者任務(wù)等待至barrier狀態(tài)

參數(shù)barrierAction為當(dāng)這些線程都達(dá)到barrier狀態(tài)時(shí)會(huì)執(zhí)行的內(nèi)容

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {}
public CyclicBarrier(int parties) {}

然后CyclicBarrier中最重要的方法就是 await 方法，它有2個(gè)重載版本：

第一個(gè)版本比較常用，用來掛起當(dāng)前線程，直至所有線程都到達(dá)barrier狀態(tài)再同時(shí)執(zhí)行后續(xù)任務(wù)；

第二個(gè)版本是讓這些線程等待至一定的時(shí)間，如果還有線程沒有到達(dá)barrier狀態(tài)就直接讓到達(dá)barrier的線程執(zhí)行后續(xù)任務(wù)。

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

代碼展示

package sychronized;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

class WriteTask implements Runnable{
    private static int count = 0;
    private final int id = count++;
    private CyclicBarrier barrier ;
    private static Random random = new Random(47);
    public WriteTask(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.barrier = cyclicBarrier;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        print(this+"開始寫入數(shù)據(jù)...");
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(random.nextInt(5000));      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
            print(this+"寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"+" "+System.currentTimeMillis());
            barrier.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            print(this + "is interrupted!");
        }catch(BrokenBarrierException e){
           throw new RuntimeException(e);
        }
        print("所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... "+System.currentTimeMillis());
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getClass().getSimpleName()+"-"+id;
    }
}

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for(int i = 0; i < N; ++i){
            exec.execute(new WriteTask(barrier));
        }
        exec.shutdown();
    }
}

#輸出結(jié)果：
WriteTask-3 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-0 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512048648904
WriteTask-1 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512048650042
WriteTask-0 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512048650209
WriteTask-3 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512048652606
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512048652607
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512048652607
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512048652607
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512048652607

如果說想在所有線程寫入操作完之后，進(jìn)行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable參數(shù)：

package sychronized;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

class WriteTask implements Runnable{
    private static int count = 0;
    private final int id = count++;
    private CyclicBarrier barrier ;
    private static Random random = new Random(47);
    public WriteTask(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.barrier = cyclicBarrier;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        print(this+" 開始寫入數(shù)據(jù)...");
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(random.nextInt(5000));      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
            print(this+" 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"+" "+System.currentTimeMillis());
            barrier.await();
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            print(this + "is interrupted!");
        }catch(BrokenBarrierException e){
           throw new RuntimeException(e);
        }
        print("所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... "+System.currentTimeMillis()+Thread.currentThread());
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getClass().getSimpleName()+"-"+id;
    }
}

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                print(Thread.currentThread());
            }
        });
     
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for(int i = 0; i < N; ++i){
            exec.execute(new WriteTask(barrier));
        }
        exec.shutdown();
    }
}
#輸出結(jié)果為：
WriteTask-3 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-0 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-1 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512049061954
WriteTask-2 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512049063092
WriteTask-0 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512049063261
WriteTask-3 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512049065657
Thread[pool-1-thread-4,5,main]
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512049065668Thread[pool-1-thread-2,5,main]
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512049065668Thread[pool-1-thread-1,5,main]
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512049065668Thread[pool-1-thread-4,5,main]
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512049065668Thread[pool-1-thread-3,5,main]

從結(jié)果可以看出，當(dāng)四個(gè)線程都到達(dá)barrier狀態(tài)后，會(huì)從四個(gè)線程中選擇一個(gè)線程去執(zhí)行Runnable。

另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個(gè)例子：

package sychronized;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

class WriteTask implements Runnable{
    private static int count = 0;
    private final int id = count++;
    private CyclicBarrier barrier ;
    private static Random random = new Random(47);
    public WriteTask(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.barrier = cyclicBarrier;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        
        while (!Thread.interrupted()){
            print(this+" 開始寫入數(shù)據(jù)...");
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(random.nextInt(5000));      //以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
                print(this+" 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"+" "+System.currentTimeMillis());
                barrier.await();
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                print(this + "is interrupted!");
            }catch(BrokenBarrierException e){
                throw new RuntimeException(e);
            }
            print("所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... "+System.currentTimeMillis());
        }
       
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getClass().getSimpleName()+"-"+id;
    }
}

class CyclicBarrierManager implements Runnable{
    private CyclicBarrier barrier ;
    private ExecutorService exec;
    public CyclicBarrierManager(CyclicBarrier barrier, ExecutorService exec,int N){
        this.barrier = barrier ;
        this.exec = exec;
        for (int i = 0; i < N-1; ++i){
            exec.execute(new WriteTask(barrier));
        }
    }
    
    @Override
    public void run(){
        while (!Thread.interrupted()){
            try {
                barrier.await();
            }catch (InterruptedException e){
                print(getClass().getSimpleName()+" 被中斷了！");
            }catch (BrokenBarrierException e){
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new CyclicBarrierManager(barrier,exec,N));
        exec.shutdown();
    }
}

#輸出結(jié)果：
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-0 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051484365
WriteTask-0 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051485503
WriteTask-1 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051488068
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051488078
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051488078
WriteTask-2 開始寫入數(shù)據(jù)...
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051488078
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-0 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-0 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051488513
WriteTask-1 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051489045
WriteTask-2 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051489945
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051489955
WriteTask-0 開始寫入數(shù)據(jù)...
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051489955
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051489955
WriteTask-2 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051490155
WriteTask-1 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051494477
WriteTask-0 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051494823
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051494833
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051494833
WriteTask-0 開始寫入數(shù)據(jù)...
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051494833
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 開始寫入數(shù)據(jù)...
WriteTask-2 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051494961
WriteTask-0 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051496040
WriteTask-1 寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢 1512051498121
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051498132
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051498132
WriteTask-1 開始寫入數(shù)據(jù)...
所有任務(wù)寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)... 1512051498132

Semaphore

Semaphore翻譯成字面意思為信號(hào)量，Semaphore 可以同時(shí)讓多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源，通過 acquire() 獲取一個(gè)許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個(gè)許可。

Semaphore類位于java.util.concurrent包下，它提供了2個(gè)構(gòu)造器：

public Semaphore(int permits) {          //參數(shù)permits表示許可數(shù)目，即同時(shí)可以允許多少線程進(jìn)行訪問
    sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {    //這個(gè)多了一個(gè)參數(shù)fair表示是否是公平的，即等待時(shí)間越久的越先獲取許可
    sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個(gè)方法，首先是acquire()、release()方法：

public void acquire() throws InterruptedException {  }     //獲取一個(gè)許可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }    //獲取permits個(gè)許可
public void release() {}          //釋放一個(gè)許可
public void release(int permits) {}    //釋放permits個(gè)許可

acquire()用來獲取一個(gè)許可，若無許可能夠獲得，則會(huì)一直等待，直到獲得許可。

release()用來釋放許可。

注意，在釋放許可之前，必須先獲獲得許可。

　這4個(gè)方法都會(huì)被阻塞，如果想立即得到執(zhí)行結(jié)果，可以使用下面幾個(gè)方法：

public boolean tryAcquire() { };    //嘗試獲取一個(gè)許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //嘗試獲取一個(gè)許可，若在指定的時(shí)間內(nèi)獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { }; //嘗試獲取permits個(gè)許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //嘗試獲取permits個(gè)許可，若在指定的時(shí)間內(nèi)獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false

package sychronized;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

class Worker implements Runnable{
    private static int count = 0;
    private final int id = count++;
    private int finished = 0;
    private Random random = new Random(47);
    private Semaphore semaphore;
    public Worker(Semaphore semaphore){
        this.semaphore = semaphore;
    }
    
    @Override 
    public void run(){
        try {
            while (!Thread.interrupted()){
                semaphore.acquire();
                print(this+" 占用一個(gè)機(jī)器在生產(chǎn)...   ");
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(random.nextInt(2000));
                synchronized (this){
                    print(" 已經(jīng)生產(chǎn)了"+(++finished)+"個(gè)產(chǎn)品,"+"釋放出機(jī)器");
                }
                semaphore.release();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getClass().getSimpleName()+"-"+id;
    }
}

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 8;            //工人數(shù)
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機(jī)器數(shù)目
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < N; ++i){
            exec.execute(new Worker(semaphore));
        }
        exec.shutdown();
    }
}

總結(jié)

CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠?qū)崿F(xiàn)線程之間的等待，只不過它們側(cè)重點(diǎn)不同：

CountDownLatch 一般用于某個(gè)線程A等待若干個(gè)其他線程執(zhí)行完任務(wù)之后，它才執(zhí)行；

CyclicBarrier 一般用于一組線程互相等待至某個(gè)狀態(tài)，然后這一組線程再同時(shí)執(zhí)行；

CountDownLatch 是不能夠重用的，而 CyclicBarrier 是可以重用的。

Semaphore 其實(shí)和鎖有點(diǎn)類似，它一般用于控制對(duì) 某組資源的訪問權(quán)限，而鎖是控制對(duì) 某個(gè) 資源的訪問權(quán)限。

云服務(wù)器 GPU云服務(wù)器 CyclicBarrier CountDownLatch Semaphore 年終總結(jié)

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