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Java并发编程:CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore

itPublisher 分享于 2015-11-16

推荐:java并发编程之Semaphore

信号量(Semaphore),有时被称为信号灯,是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。 一个计数信号量。从概

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  在java 1.5中,提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程,比如CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore,今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。

  以下是本文目录大纲:

  一.CountDownLatch用法

  二.CyclicBarrier用法

  三.Semaphore用法

  若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。

  请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:

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

  

一.CountDownLatch用法

  CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下,利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A,它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行,此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

  CountDownLatch类只提供了一个构造器:

1 public  CountDownLatch( int  count) {  };   //参数count为计数值

   然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法:

1 2 3 public  void  await()  throws  InterruptedException { };    //调用await()方法的线程会被挂起,它会等待直到count值为0才继续执行 public  boolean  await( long  timeout, TimeUnit unit)  throws  InterruptedException { };   //和await()类似,只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行 public  void  countDown() { };   //将count值减1

   下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 public  class  Test {       public  static  void  main(String[] args) {              final  CountDownLatch latch =  new  CountDownLatch( 2 );                      new  Thread(){               public  void  run() {                   try  {                       System.out.println( "子线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在执行" );                      Thread.sleep( 3000 );                      System.out.println( "子线程" +Thread.currentThread().getName()+ "执行完毕" );                      latch.countDown();                  catch  (InterruptedException e) {                      e.printStackTrace();                  }               };           }.start();                      new  Thread(){               public  void  run() {                   try  {                       System.out.println( "子线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在执行" );                       Thread.sleep( 3000 );                       System.out.println( "子线程" +Thread.currentThread().getName()+ "执行完毕" );                       latch.countDown();                  catch  (InterruptedException e) {                      e.printStackTrace();                  }               };           }.start();                      try  {               System.out.println( "等待2个子线程执行完毕..." );              latch.await();              System.out.println( "2个子线程已经执行完毕" );              System.out.println( "继续执行主线程" );          catch  (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();          }       } }

   执行结果:

复制代码
线程Thread-0正在执行
线程Thread-1正在执行
等待2个子线程执行完毕...
线程Thread-0执行完毕
线程Thread-1执行完毕
2个子线程已经执行完毕
继续执行主线程
复制代码

二.CyclicBarrier用法

  字面意思回环栅栏,通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后,CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier,当调用await()方法之后,线程就处于barrier了。

  CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下,CyclicBarrier提供2个构造器:

1 2 3 4 5 public  CyclicBarrier( int  parties, Runnable barrierAction) { }   public  CyclicBarrier( int  parties) { }

  参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态;参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。

  然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2个重载版本:

1 2 public  int  await()  throws  InterruptedException, BrokenBarrierException { }; public  int  await( long  timeout, TimeUnit unit) throws  InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

   第一个版本比较常用,用来挂起当前线程,直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务;

  第二个版本是让这些线程等待至一定的时间,如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。

  下面举几个例子就明白了:

推荐:java并发编程中CountDownLatch和CyclicBarrier的使用

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  假若有若干个线程都要进行写数据操作,并且只有所有线程都完成写数据操作之后,这些线程才能继续做后面的事情,此时就可以利用CyclicBarrier了:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 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( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." );              try  {                  Thread.sleep( 5000 );       //以睡眠来模拟写入数据操作                  System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕,等待其他线程写入完毕" );                  cyclicBarrier.await();              catch  (InterruptedException e) {                  e.printStackTrace();              } catch (BrokenBarrierException e){                  e.printStackTrace();              }              System.out.println( "所有线程写入完毕,继续处理其他任务..." );          }      } }

   执行结果:

复制代码
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
复制代码

  从上面输出结果可以看出,每个写入线程执行完写数据操作之后,就在等待其他线程写入操作完毕。

  当所有线程线程写入操作完毕之后,所有线程就继续进行后续的操作了。

  如果说想在所有线程写入操作完之后,进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 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( "当前线程" +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( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." );              try  {                  Thread.sleep( 5000 );       //以睡眠来模拟写入数据操作                  System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕,等待其他线程写入完毕" );                  cyclicBarrier.await();              catch  (InterruptedException e) {                  e.printStackTrace();              } catch (BrokenBarrierException e){                  e.printStackTrace();              }              System.out.println( "所有线程写入完毕,继续处理其他任务..." );          }      } }

   运行结果:

复制代码
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-0写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
当前线程Thread-3
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
复制代码

  从结果可以看出,当四个线程都到达barrier状态后,会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。

   下面看一下为await指定时间的效果:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 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( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." );              try  {                  Thread.sleep( 5000 );       //以睡眠来模拟写入数据操作                  System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕,等待其他线程写入完毕" );                  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()+ "所有线程写入完毕,继续处理其他任务..." );          }      } }

  执行结果:

复制代码
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-3正在写入数据...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-0所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-2所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
线程Thread-3写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)
Thread-3所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
复制代码

  上面的代码在main方法的for循环中,故意让最后一个线程启动延迟,因为在前面三个线程都达到barrier之后,等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier,就抛出异常并继续执行后面的任务。

  另外CyclicBarrier是可以重用的,看下面这个例子:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 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( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." );              try  {                  Thread.sleep( 5000 );       //以睡眠来模拟写入数据操作                  System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕,等待其他线程写入完毕" );                                cyclicBarrier.await();              catch  (InterruptedException e) {                  e.printStackTrace();              } catch (BrokenBarrierException e){                  e.printStackTrace();              }              System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "所有线程写入完毕,继续处理其他任务..." );          }      } }

   执行结果:

复制代码
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-2写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
Thread-0所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-3所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-1所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-2所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
CyclicBarrier重用
线程Thread-4正在写入数据...
线程Thread-5正在写入数据...
线程Thread-6正在写入数据...
线程Thread-7正在写入数据...
线程Thread-7写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-5写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-6写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
线程Thread-4写入数据完毕,等待其他线程写入完毕
Thread-4所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-5所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-6所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
Thread-7所有线程写入完毕,继续处理其他任务...
复制代码

  从执行结果可以看出,在初次的4个线程越过barrier状态后,又可以用来进行新一轮的使用。而CountDownLatch无法进行重复使用。

三.Semaphore用法

  Semaphore翻译成字面意思为 信号量,Semaphore可以控同时访问的线程个数,通过 acquire() 获取一个许可,如果没有就等待,而 release() 释放一个许可。

  Semaphore类位于java.util.concurrent包下,它提供了2个构造器:

1 2 3 4 5 6 public  Semaphore( int  permits) {           //参数permits表示许可数目,即同时可以允许多少线程进行访问      sync =  new  NonfairSync(permits); } public  Semaphore( int  permits,  boolean  fair) {     //这个多了一个参数fair表示是否是公平的,即等待时间越久的越先获取许可      sync = (fair)?  new  FairSync(permits) :  new  NonfairSync(permits); }

   下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法,首先是acquire()、release()方法:

1 2 3 4 public  void  acquire()  throws  InterruptedException {  }      //获取一个许可 public  void  acquire( int  permits)  throws  InterruptedException { }     //获取permits个许可 public  void  release() { }           //释放一个许可 public  void  release( int  permits) { }     //释放permits个许可

  acquire()用来获取一个许可,若无许可能够获得,则会一直等待,直到获得许可。

  release()用来释放许可。注意,在释放许可之前,必须先获获得许可。

  这4个方法都会被阻塞,如果想立即得到执行结果,可以使用下面几个方法:

1 2 3 4 public  boolean  tryAcquire() { };     //尝试获取一个许可,若获取成功,则立即返回true,若获取失败,则立即返回false public  boolean  tryAcquire( long  timeout, TimeUnit unit)  throws  InterruptedException { };   //尝试获取一个许可,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false public  boolean  tryAcquire( int  permits) { };  //尝试获取permits个许可,若获取成功,则立即返回true,若获取失败,则立即返回false public  boolean  tryAcquire( int  permits,  long  timeout, TimeUnit unit)  throws  InterruptedException { };  //尝试获取permits个许可,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false

   另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

  下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用:

  假若一个工厂有5台机器,但是有8个工人,一台机器同时只能被一个工人使用,只有使用完了,其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 public  class  Test {      public  static  void  main(String[] args) {          int  N =  8 ;             //工人数          Semaphore semaphore =  new  Semaphore( 5 );  //机器数目          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  {          &nb

推荐:Synchronizer 闭锁(CountDownLatch,FutureTask ) 信号量(Semaphore) 关卡(CyclicBarrier) 知识点总结(java并发编程实践读书笔记三)

Synchronizer     Synchronizer是一个对象,可以根据本身的状态调整线程的控制流 结构特性: 封装状态,而这些状态决定着线程执行到某一点时是通过还是被迫等待

  在java 1.5中,提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程,比如CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore,今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。   以下是本文目录大纲:

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