并发工具类——CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger的介绍与使用

等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch类似于join，就是使当前线程等待其它线程结束。

join的实现原理，不停的检查线程是否存活。

while (isAlive()) {
    
    wait(0);
}

CountDownLatch 与 join 的区别：

CountDownLatch可以让等待的线程只等待工作线程某一步骤结束即可，不需要让工作线程全部执行完毕。

实例：

public class CountDownLatchTest {
    
    
    staticCountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
        new Thread(new Runnable() {
    
        @Override
            public void run() {
    
                System.out.println(1);
                c.countDown();
                System.out.println(2);
                c.countDown();
            }
        }).start();
        c.await();
        System.out.println("3");
    }
}

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。

当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个 CountDownLatch的引用传递到线程里即可。

同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。

作用是让一 组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。(游戏匹配)

CyclicBarrier简介

CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

实例：

public class CyclicBarrierTest {
    
    staticCyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    public static void main(String[] args) {
    
        new Thread(new Runnable() {
    
            @Override
            public void run() {
    
                try {
    
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
    

                }
                System.out.println(1);
             }
        }).start();
        try {
    
            c.await();
        } catch (Exception e) {
    
            
        }
        System.out.println(2);
    }
}

输出：

1
2
或者
2
1

如果CyclicBarrier的参数为3，那么会一直阻塞，因为没有三个线程到达。

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier（int parties，Runnable barrierAction），用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景，如下列代码所示。

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierTest2 {
    
    
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());
    
    public static void main(String[] args) {
    
        new Thread(new Runnable() {
    
        @Override
            public void run() {
    
                try {
    
                    c.await();
                } catch (Exception e) {
    

                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();
        
        try {
    
            c.await();
        } catch (Exception e) {
    

        }
        System.out.println(2);
    }
    
    static class A implements Runnable {
    
    @Override
        public void run() {
    
            System.out.println(3);
        }
    }
}

输出：

3
1
2

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

• CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置

  CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。

• CyclicBarrier还提供其他有用的方法

  比如getNumberWaiting方法可以获得Cyclic-Barrier阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

控制并发线程数的Semaphore

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

public class SemaphoreTest {
    
    
    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorServicethreadPool = Executors
    .newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
	//只有10个数据库连接
    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
    
        for (inti = 0; i< THREAD_COUNT; i++) {
    
            threadPool.execute(new Runnable() {
    
            @Override
                public void run() {
    
                    try {
    
                        s.acquire();
                        System.out.println("save data");
                        s.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
    

                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire方法尝试获取许可证。

线程间交换数据的Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。

• 它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产 出来的数据传递给对方。

Exchanger的应用场景：

• Exchanger可以用于遗传算法：遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换 两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果
• Exchanger也可以用于校对工作：比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel之后，系统需要加载这两个Excel，并对两个Excel数据进行校对，看看是否录入一致

public class ExchangerTest {
    
    
    private static final Exchanger<String>exgr = new Exchanger<String>();

    private static ExecutorServicethreadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
    
        
        threadPool.execute(new Runnable() {
    
            @Override
            public void run() {
    
                try {
    
                    String A = "银行流水A"; // A录入银行流水数据
                    exgr.exchange(A);
                } catch (InterruptedException e) {
    
                    
                }
            }
        });
        threadPool.execute(new Runnable() {
    
            @Override
            public void run() {
    

                try {
    
                    String B = "银行流水B"; // B录入银行流水数据
                    String A = exgr.exchange("B");
                    System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是："
                    + A + "，B录入是：" + B);
                } catch (InterruptedException e) {
    

                }
                
            }
        });
        threadPool.shutdown();
    }
}

如果两个线程有一个没有执行exchange方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange（V x，longtimeout，TimeUnit unit）设置最大等待时长。

参考资料：《Java并发编程的艺术》