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Java并發編程:CountDownLatch、CyclicBarrier

系統 1756 0

在java 1.5中,提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進行并發編程,比如CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore,今天我們就來學習一下這三個輔助類的用法。

  以下是本文目錄大綱:

  一.CountDownLatch用法

  二.CyclicBarrier用法

  三.Semaphore用法

  若有不正之處請多多諒解,并歡迎批評指正。

  請尊重作者勞動成果,轉載請標明原文鏈接:

  http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html

一.CountDownLatch用法

  CountDownLatch類位于java.util.concurrent包下,利用它可以實現類似計數器的功能。比如有一個任務A,它要等待其他4個任務執行完畢之后才能執行,此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了。

  CountDownLatch類只提供了一個構造器:

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public CountDownLatch( int count) {? };? //參數count為計數值

?  然后下面這3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法:

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public void await() throws InterruptedException { };?? //調用await()方法的線程會被掛起,它會等待直到count值為0才繼續執行
public boolean await( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };? //和await()類似,只不過等待一定的時間后count值還沒變為0的話就會繼續執行
public void countDown() { };? //將count值減1

?  下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了:

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public class Test {
????? public static void main(String[] args) {???
????????? final CountDownLatch latch = new CountDownLatch( 2 );
????????? ?
????????? new Thread(){
????????????? public void run() {
????????????????? try {
????????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在執行" );
???????????????????? Thread.sleep( 3000 );
???????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "執行完畢" );
???????????????????? latch.countDown();
???????????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????????? e.printStackTrace();
???????????????? }
????????????? };
????????? }.start();
????????? ?
????????? new Thread(){
????????????? public void run() {
????????????????? try {
????????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在執行" );
????????????????????? Thread.sleep( 3000 );
????????????????????? System.out.println( "子線程" +Thread.currentThread().getName()+ "執行完畢" );
????????????????????? latch.countDown();
???????????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????????? e.printStackTrace();
???????????????? }
????????????? };
????????? }.start();
????????? ?
????????? try {
????????????? System.out.println( "等待2個子線程執行完畢..." );
???????????? latch.await();
???????????? System.out.println( "2個子線程已經執行完畢" );
???????????? System.out.println( "繼續執行主線程" );
???????? } catch (InterruptedException e) {
???????????? e.printStackTrace();
???????? }
????? }
}

?  執行結果:

View Code

二.CyclicBarrier用法

  字面意思回環柵欄,通過它可以實現讓一組線程等待至某個狀態之后再全部同時執行。叫做回環是因為當所有等待線程都被釋放以 后,CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態就叫做barrier,當調用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個構造器:

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

  參數parties指讓多少個線程或者任務等待至barrier狀態;參數barrierAction為當這些線程都達到barrier狀態時會執行的內容。

  然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2個重載版本:

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

?  第一個版本比較常用,用來掛起當前線程,直至所有線程都到達barrier狀態再同時執行后續任務;

  第二個版本是讓這些線程等待至一定的時間,如果還有線程沒有到達barrier狀態就直接讓到達barrier的線程執行后續任務。

  下面舉幾個例子就明白了:

  假若有若干個線程都要進行寫數據操作,并且只有所有線程都完成寫數據操作之后,這些線程才能繼續做后面的事情,此時就可以利用CyclicBarrier了:

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public class Test {
???? public static void main(String[] args) {
???????? int N = 4 ;
???????? CyclicBarrier barrier? = new CyclicBarrier(N);
???????? for ( int i= 0 ;i<N;i++)
???????????? new Writer(barrier).start();
???? }
???? static class Writer extends Thread{
???????? private CyclicBarrier cyclicBarrier;
???????? public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
???????????? this .cyclicBarrier = cyclicBarrier;
???????? }
?
???????? @Override
???????? public void run() {
???????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數據..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數據操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢" );
???????????????? cyclicBarrier.await();
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println( "所有線程寫入完畢,繼續處理其他任務..." );
???????? }
???? }
}

?  執行結果:

View Code

  從上面輸出結果可以看出,每個寫入線程執行完寫數據操作之后,就在等待其他線程寫入操作完畢。

  當所有線程線程寫入操作完畢之后,所有線程就繼續進行后續的操作了。

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

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public class Test {
???? public static void main(String[] args) {
???????? int N = 4 ;
???????? CyclicBarrier barrier? = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
???????????? @Override
???????????? public void run() {
???????????????? System.out.println( "當前線程" +Thread.currentThread().getName());???
???????????? }
???????? });
???????? ?
???????? for ( int i= 0 ;i<N;i++)
???????????? new Writer(barrier).start();
???? }
???? static class Writer extends Thread{
???????? private CyclicBarrier cyclicBarrier;
???????? public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
???????????? this .cyclicBarrier = cyclicBarrier;
???????? }
?
???????? @Override
???????? public void run() {
???????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數據..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數據操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢" );
???????????????? cyclicBarrier.await();
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println( "所有線程寫入完畢,繼續處理其他任務..." );
???????? }
???? }
}

?  運行結果:

View Code

  從結果可以看出,當四個線程都到達barrier狀態后,會從四個線程中選擇一個線程去執行Runnable。

?  下面看一下為await指定時間的效果:

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public class Test {
???? public static void main(String[] args) {
???????? int N = 4 ;
???????? CyclicBarrier barrier? = new CyclicBarrier(N);
???????? ?
???????? for ( int i= 0 ;i<N;i++) {
???????????? if (i<N- 1 )
???????????????? new Writer(barrier).start();
???????????? else {
???????????????? try {
???????????????????? Thread.sleep( 5000 );
???????????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????????? e.printStackTrace();
???????????????? }
???????????????? new Writer(barrier).start();
???????????? }
???????? }
???? }
???? static class Writer extends Thread{
???????? private CyclicBarrier cyclicBarrier;
???????? public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
???????????? this .cyclicBarrier = cyclicBarrier;
???????? }
?
???????? @Override
???????? public void run() {
???????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數據..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數據操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢" );
???????????????? try {
???????????????????? cyclicBarrier.await( 2000 , TimeUnit.MILLISECONDS);
???????????????? } catch (TimeoutException e) {
???????????????????? // TODO Auto-generated catch block
???????????????????? e.printStackTrace();
???????????????? }
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "所有線程寫入完畢,繼續處理其他任務..." );
???????? }
???? }
}

?  執行結果:

View Code

  上面的代碼在main方法的for循環中,故意讓最后一個線程啟動延遲,因為在前面三個線程都達到barrier之后,等待了指定的時間發現第四個線程還沒有達到barrier,就拋出異常并繼續執行后面的任務。

  另外CyclicBarrier是可以重用的,看下面這個例子:

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public class Test {
???? public static void main(String[] args) {
???????? int N = 4 ;
???????? CyclicBarrier barrier? = new CyclicBarrier(N);
???????? ?
???????? for ( int i= 0 ;i<N;i++) {
???????????? new Writer(barrier).start();
???????? }
???????? ?
???????? try {
???????????? Thread.sleep( 25000 );
???????? } catch (InterruptedException e) {
???????????? e.printStackTrace();
???????? }
???????? ?
???????? System.out.println( "CyclicBarrier重用" );
???????? ?
???????? for ( int i= 0 ;i<N;i++) {
???????????? new Writer(barrier).start();
???????? }
???? }
???? static class Writer extends Thread{
???????? private CyclicBarrier cyclicBarrier;
???????? public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
???????????? this .cyclicBarrier = cyclicBarrier;
???????? }
?
???????? @Override
???????? public void run() {
???????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在寫入數據..." );
???????????? try {
???????????????? Thread.sleep( 5000 );????? //以睡眠來模擬寫入數據操作
???????????????? System.out.println( "線程" +Thread.currentThread().getName()+ "寫入數據完畢,等待其他線程寫入完畢" );
???????????? ?
???????????????? cyclicBarrier.await();
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? } catch (BrokenBarrierException e){
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????????? System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "所有線程寫入完畢,繼續處理其他任務..." );
???????? }
???? }
}

?  執行結果:

View Code

  從執行結果可以看出,在初次的4個線程越過barrier狀態后,又可以用來進行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進行重復使用。

三.Semaphore用法

  Semaphore翻譯成字面意思為 信號量,Semaphore可以控同時訪問的線程個數,通過 acquire() 獲取一個許可,如果沒有就等待,而 release() 釋放一個許可。

  Semaphore類位于java.util.concurrent包下,它提供了2個構造器:

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public Semaphore( int permits) {????????? //參數permits表示許可數目,即同時可以允許多少線程進行訪問
???? sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore( int permits, boolean fair) {??? //這個多了一個參數fair表示是否是公平的,即等待時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方法,首先是acquire()、release()方法:

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

  acquire()用來獲取一個許可,若無許可能夠獲得,則會一直等待,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個方法都會被阻塞,如果想立即得到執行結果,可以使用下面幾個方法:

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public boolean tryAcquire() { };??? //嘗試獲取一個許可,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 { };? //嘗試獲取一個許可,若在指定的時間內獲取成功,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個許可,若在指定的時間內獲取成功,則立即返回true,否則則立即返回false

?  另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數目。

  下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用:

  假若一個工廠有5臺機器,但是有8個工人,一臺機器同時只能被一個工人使用,只有使用完了,其他工人才能繼續使用。那么我們就可以通過Semaphore來實現:

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public class Test {
???? public static void main(String[] args) {
???????? int N = 8 ;??????????? //工人數
???????? Semaphore semaphore = new Semaphore( 5 ); //機器數目
???????? for ( int i= 0 ;i<N;i++)
???????????? new Worker(i,semaphore).start();
???? }
???? ?
???? static class Worker extends Thread{
???????? private int num;
???????? private Semaphore semaphore;
???????? public Worker( int num,Semaphore semaphore){
???????????? this .num = num;
???????????? this .semaphore = semaphore;
???????? }
???????? ?
???????? @Override
???????? public void run() {
???????????? try {
???????????????? semaphore.acquire();
???????????????? System.out.println( "工人" + this .num+ "占用一個機器在生產..." );
???????????????? Thread.sleep( 2000 );
???????????????? System.out.println( "工人" + this .num+ "釋放出機器" );
???????????????? semaphore.release();???????????
???????????? } catch (InterruptedException e) {
???????????????? e.printStackTrace();
???????????? }
???????? }
???? }
}

??  執行結果:

View Code

  下面對上面說的三個輔助類進行一個總結:

  1)CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠實現線程之間的等待,只不過它們側重點不同:

    CountDownLatch一般用于某個線程A等待若干個其他線程執行完任務之后,它才執行;

    而CyclicBarrier一般用于一組線程互相等待至某個狀態,然后這一組線程再同時執行;

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

  2)Semaphore其實和鎖有點類似,它一般用于控制對某組資源的訪問權限。

  參考資料:

  《Java編程思想》

http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html

http://leaver.me/archives/3220.html

http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm

http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329

http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5780740

http://www.cnblogs.com/whgw/archive/2011/09/29/2195555.html

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作者: 海子

Java并發編程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore


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