上次简单了解了多线程中锁的类型，今天要简单了解下多线程并发控制的一些工具类了。

1. 概念说明：

CountDownLatch：相当于一个待执行线程计数器，当计数减为零时表示所有待执行线程都已执行完毕，等待被计数线程结果的(即使用await()的)线程可以继续执行(await()后面的代码)了。

CyclicBarrier：可循环屏障，相当于一个准备执行线程计数器，当计数减为零时表示所有待执行线程(这些线程需要同时开始工作)都已做好准备工作，可以开始工作了。

Semaphore：允许并发线程数，semaphore.acquire()和semaphore.release()方法总是成对出现，而这对方法之间的代码最多允许多少个线程访问是由Semaphore semaphore=new Semaphore(n)的n决定的。

2. 构造实际场景，使用示例

设想一个赛跑场景，一共有10个运动员参赛，所有运动员必须同时起跑(CyclicBarrier控制)，而计分结束必须在所有运动员都跑完全程之后(CountDownLatch控制)，但是学校操场只有4条跑道(Semaphore)，那么就要让运动员分三批进行比赛，每次最多4人入场：

1 importcom.alibaba.fastjson.JSONObject;2 importorg.apache.commons.lang3.concurrent.BasicThreadFactory;3 importorg.junit.Test;4

5 import java.util.concurrent.*;6

7 public classMultiThreadsTest {8 private volatile ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap<>();9 //声明一个线程池，用于线程管理

10 ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(4, 4,11 20, TimeUnit.MICROSECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(),12 new BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("Runner-%d").build(),13 newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());14

15 @Test16 public voidtestMultiControl() {17 //跑道数

18 int runways = 4;19 //参赛总人数

20 int runners = 10;21 //参赛人数多于跑道数，需分批比赛

22 int batch = 1;23 //当运动员总数多于跑道数，最多runways人入场

24 while (runners >=runways) {25 runningGame(batch++, runways);26 runners = runners -runways;27 }28 //最后一批，还剩几个人，就几个人入场

29 runningGame(batch, runners);30 System.out.println("\n所有选手都已跑完，现在宣布比赛结果:\n" +JSONObject.toJSONString(map));31 }32

33 private void runningGame(int batch, intrunners) {34 System.out.println("第" + batch + "批，共" + runners + "人，运动员正在进场...");35 //每批允许runways个运动员入场

36 Semaphore semaphore = newSemaphore(runners);37 //每批runways个运动员必须都准备好，同时起跑

38 CyclicBarrier barrier = newCyclicBarrier(runners);39 //每批runways个运动员都跑完全程，裁判这一批计分结束

40 CountDownLatch latch = newCountDownLatch(runners);41 for (int i = runners; i > 0; i--) {42 //每个运动员都是一个独立奔跑的线程

43 executor.execute(() ->{44 try{45 //每个运动员进场都会占用一个跑道

46 semaphore.acquire();47 //每个运动员就位都会通知barrier，等所有跑道上的运动员都就位，大家就一起跑！

48 barrier.await();49 running(Thread.currentThread().getName());50 //每个运动员跑完都要让出自己的跑道(为下一批运动员让路)

51 semaphore.release();52 } catch(InterruptedException e) {53 e.printStackTrace();54 } catch(BrokenBarrierException e) {55 e.printStackTrace();56 } finally{57 //每个运动员跑完都要通知裁判为自己计分

58 latch.countDown();59 }60 });61 }62 try{63 //跑道上所有运动员都跑完，则裁判计分结束

64 latch.await();65 System.out.println("第" + batch + "批，共" + runners + "人，计分结束");66 } catch(InterruptedException e) {67 System.out.println(e.getStackTrace());68 }69 }70

71 private voidrunning(String name) {72 long start =System.currentTimeMillis();73 System.out.println(name + " running started ...");74 System.out.println(name + ": I'm running.\taudience: Yes, I see.\t" + name + ":I'm done running.\taudience: Well done!");75 try{76 //跑太快，歇会儿

77 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2);78 } catch(InterruptedException e) {79 e.printStackTrace();80 }81 System.out.println(name + " running completed");82 //裁判将所有运动员的分数都记录在map中

83 map.put(name, (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");84 }85 }

运行结果

3. 代码运行结果分析：

乍看上面代码和运行结果好像都没什么问题，每批允许4人进场，总是同时开始跑，也都等到每批选手都跑完后该批计分结束，countDownLatch和CyclicBarrier确实都起到了各自的作用，但是Semaphore呢？好像也确实是限制了只允许4个线程同时访问这段代码，然而在你一次只有4个选手的情况下，它当然是最多4个线程访问了，其实Semaphore的工作已经由方法入参给限定了啊，Semaphore的作用何在呢？那么假如学校原本有4个跑道，但是比赛开始之后却发现有一个入场通道坏了，变成了每次只能有3个人入场，但是场内的裁判并不知道，还在等待着按每4人一批进行比赛，那将会是什么结果呢？

我们修改代码看下：其他部分不变，只把允许入场的运动员数减1，然后再运行Test发现程序一直处于“第一批运动员进场”过程中，说明Semaphore这个变量已经起到了它的作用，就是每次只允许3个运动员进场，而且放入3个运动员后就会进行等待，等待这3个运动员比赛结束再放下一批进场，而场内的裁判并不知道可入场人数已经变化，还在等待着第4名选手入场才吹响开跑号声，因此入场管理员Semaphore和起跑裁判官CyclicBarrier就会陷入无法终止的相互等待，程序一直无法打破这种等待循环，因而进入停滞状态，这就是一种简单的死锁场景了。

4. 总结

这里只是简单说明这三个工具有用法，场景并不十分合理，其实这三者通常独立使用，一般不会碰到三者同时上场的机会。