使用Java辅助类(CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore)并发编程
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
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:
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:
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:
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:
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
二、CyclicBarrier用法
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,并且当所有等待线程都被释放以后,CyclicBarrier还可以被重用。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:
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { }public CyclicBarrier(int parties) { }
参数parties指定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:
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:
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:
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;}@Overridepublic 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:
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...
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:
public class Test {public static void main(String[] args) {int N = 4;CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {@Overridepublic 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;}@Overridepublic 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:
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...
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:
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;}@Overridepublic 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:
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$Writer.run(Test.java:58) java.util.concurrent.BrokenBarrierExceptionat java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) java.util.concurrent.BrokenBarrierExceptionat 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...
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:
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;}@Overridepublic 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:
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...
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:
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:
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:
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:
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;}@Overridepublic void run() {try {semaphore.acquire();System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");Thread.sleep(2000);System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}} }
执行结果:
工人0占用一个机器在生产... 工人1占用一个机器在生产... 工人2占用一个机器在生产... 工人4占用一个机器在生产... 工人5占用一个机器在生产... 工人0释放出机器 工人2释放出机器 工人3占用一个机器在生产... 工人7占用一个机器在生产... 工人4释放出机器 工人5释放出机器 工人1释放出机器 工人6占用一个机器在生产... 工人3释放出机器 工人7释放出机器 工人6释放出机器
下面对上面说的三个辅助类进行一个总结:
1)CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待,只不过它们侧重点不同:
CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后,它才执行;
而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态,然后这一组线程再同时执行;
另外,CountDownLatch是不能够重用的,而CyclicBarrier是可以重用的。
2)Semaphore其实和锁有点类似,它一般用于控制对某组资源的访问权限。
文章转载自:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
转载于:https://www.cnblogs.com/codeOfLife/p/5687691.html
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