java并发编程工具类辅助类：CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore
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
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1 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
2 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
3 public void countDown() { }; //将count值减1 1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
4
5 new Thread(){
6 public void run() {
7 try {
8 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
9 Thread.sleep(3000);
10 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
11 latch.countDown();
12 } catch (InterruptedException e) {
13 e.printStackTrace();
14 }
15 };
16 }.start();
17
18 new Thread(){
19 public void run() {
20 try {
21 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
22 Thread.sleep(3000);
23 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕");
24 latch.countDown();
25 } catch (InterruptedException e) {
26 e.printStackTrace();
27 }
28 };
29 }.start();
30
31 try {
32 System.out.println("等待2个子线程执行完毕...");
33 latch.await();
34 System.out.println("2个子线程已经执行完毕");
35 System.out.println("继续执行主线程");
36 } catch (InterruptedException e) {
37 e.printStackTrace();
38 }
39 }
40 }1 线程Thread-0正在执行 2 线程Thread-1正在执行 3 等待2个子线程执行完毕... 4 线程Thread-0执行完毕 5 线程Thread-1执行完毕 6 2个子线程已经执行完毕 7 继续执行主线程
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 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
2 }
3
4 public CyclicBarrier(int parties) {
5 }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 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
2 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：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
5 for(int i=0;i<N;i++)
6 new Writer(barrier).start();
7 }
8 static class Writer extends Thread{
9 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
10 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
11 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
12 }
13
14 @Override
15 public void run() {
16 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
17 try {
18 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作
19 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
20 cyclicBarrier.await();
21 } catch (InterruptedException e) {
22 e.printStackTrace();
23 }catch(BrokenBarrierException e){
24 e.printStackTrace();
25 }
26 System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
27 }
28 }
29 }执行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-3正在写入数据... 3 线程Thread-2正在写入数据... 4 线程Thread-1正在写入数据... 5 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 8 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 9 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 10 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 12 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：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
5 @Override
6 public void run() {
7 System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());
8 }
9 });
10
11 for(int i=0;i<N;i++)
12 new Writer(barrier).start();
13 }
14 static class Writer extends Thread{
15 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
16 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
17 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
18 }
19
20 @Override
21 public void run() {
22 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
23 try {
24 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作
25 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
26 cyclicBarrier.await();
27 } catch (InterruptedException e) {
28 e.printStackTrace();
29 }catch(BrokenBarrierException e){
30 e.printStackTrace();
31 }
32 System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
33 }
34 }
35 }运行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-1正在写入数据... 3 线程Thread-2正在写入数据... 4 线程Thread-3正在写入数据... 5 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 8 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 9 当前线程Thread-3 10 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 12 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 13 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：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
5
6 for(int i=0;i<N;i++) {
7 if(i<N-1)
8 new Writer(barrier).start();
9 else {
10 try {
11 Thread.sleep(5000);
12 } catch (InterruptedException e) {
13 e.printStackTrace();
14 }
15 new Writer(barrier).start();
16 }
17 }
18 }
19 static class Writer extends Thread{
20 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
21 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
22 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
23 }
24
25 @Override
26 public void run() {
27 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
28 try {
29 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作
30 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
31 try {
32 cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
33 } catch (TimeoutException e) {
34 // TODO Auto-generated catch block
35 e.printStackTrace();
36 }
37 } catch (InterruptedException e) {
38 e.printStackTrace();
39 }catch(BrokenBarrierException e){
40 e.printStackTrace();
41 }
42 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
43 }
44 }
45 }执行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-2正在写入数据... 3 线程Thread-1正在写入数据... 4 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 5 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-3正在写入数据... 8 java.util.concurrent.TimeoutException 9 Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 10 Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 12 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 13 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 14 java.util.concurrent.BrokenBarrierException 15 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 16 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 17 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 18 java.util.concurrent.BrokenBarrierException 19 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 20 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 21 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 22 Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 23 java.util.concurrent.BrokenBarrierException 24 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 25 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 26 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 27 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 28 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：
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 4;
4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
5
6 for(int i=0;i<N;i++) {
7 new Writer(barrier).start();
8 }
9
10 try {
11 Thread.sleep(25000);
12 } catch (InterruptedException e) {
13 e.printStackTrace();
14 }
15
16 System.out.println("CyclicBarrier重用");
17
18 for(int i=0;i<N;i++) {
19 new Writer(barrier).start();
20 }
21 }
22 static class Writer extends Thread{
23 private CyclicBarrier cyclicBarrier;
24 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
25 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
26 }
27
28 @Override
29 public void run() {
30 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
31 try {
32 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作
33 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
34
35 cyclicBarrier.await();
36 } catch (InterruptedException e) {
37 e.printStackTrace();
38 }catch(BrokenBarrierException e){
39 e.printStackTrace();
40 }
41 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
42 }
43 }
44 }
45 执行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-1正在写入数据... 3 线程Thread-3正在写入数据... 4 线程Thread-2正在写入数据... 5 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 8 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 9 Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 10 Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 12 Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 13 CyclicBarrier重用 14 线程Thread-4正在写入数据... 15 线程Thread-5正在写入数据... 16 线程Thread-6正在写入数据... 17 线程Thread-7正在写入数据... 18 线程Thread-7写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 19 线程Thread-5写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 20 线程Thread-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 21 线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 22 Thread-4所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 23 Thread-5所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 24 Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 25 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：
1 ublic 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
2 sync = new NonfairSync(permits);
3 }
4 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
5 sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
6 }1 public void acquire() throws InterruptedException { } //获取一个许可
2 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可
3 public void release() { } //释放一个许可
4 public void release(int permits) { } //释放permits个许可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 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
2 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
3 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
4 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 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 int N = 8; //工人数
4 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
5 for(int i=0;i<N;i++)
6 new Worker(i,semaphore).start();
7 }
8
9 static class Worker extends Thread{
10 private int num;
11 private Semaphore semaphore;
12 public Worker(int num,Semaphore semaphore){
13 this.num = num;
14 this.semaphore = semaphore;
15 }
16
17 @Override
18 public void run() {
19 try {
20 semaphore.acquire();
21 System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");
22 Thread.sleep(2000);
23 System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
24 semaphore.release();
25 } catch (InterruptedException e) {
26 e.printStackTrace();
27 }
28 }
29 }
30 }执行结果：
1 工人0占用一个机器在生产... 2 工人1占用一个机器在生产... 3 工人2占用一个机器在生产... 4 工人4占用一个机器在生产... 5 工人5占用一个机器在生产... 6 工人0释放出机器 7 工人2释放出机器 8 工人3占用一个机器在生产... 9 工人7占用一个机器在生产... 10 工人4释放出机器 11 工人5释放出机器 12 工人1释放出机器 13 工人6占用一个机器在生产... 14 工人3释放出机器 15 工人7释放出机器 16 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。
参考资料：
《Java编程思想》
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
转载于:https://www.cnblogs.com/linghu-java/p/9023682.html
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