Java多线程操作局部变量与全局变量
在这篇文章里，我们首先阐述什么是同步，不同步有什么问题，然后讨论可以采取哪些措施控制同步，接下来我们会仿照回顾网络通信时那样，构建一个服务器端的“线程池”，JDK为我们提供了一个很大的concurrent工具包，最后我们会对里面的内容进行探索。
为什么要线程同步？
说到线程同步，大部分情况下， 我们是在针对“单对象多线程”的情况进行讨论，一般会将其分成两部分，一部分是关于“共享变量”，一部分关于“执行步骤”。
共享变量
当我们在线程对象（Runnable）中定义了全局变量，run方法会修改该变量时，如果有多个线程同时使用该线程对象，那么就会造成全局变量的值被同时修改，造成错误。我们来看下面的代码：
1 class MyRunner implements Runnable
2 {
3 public int sum = 0;
4
5 public void run()
6 {
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
8 for (int i = 1; i <= 100; i++)
9 {
10 sum += i;
11 }
12 try {
13 Thread.sleep(500);
14 } catch (InterruptedException e) {
15 e.printStackTrace();
16 }
17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
18 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
19 }
20 }
21
22
23 private static void sharedVaribleTest() throws InterruptedException
24 {
25 MyRunner runner = new MyRunner();
26 Thread thread1 = new Thread(runner);
27 Thread thread2 = new Thread(runner);
28 thread1.setDaemon(true);
29 thread2.setDaemon(true);
30 thread1.start();
31 thread2.start();
32 thread1.join();
33 thread2.join();
34 }
这个示例中，线程用来计算1到100的和是多少，我们知道正确结果是5050（好像是高斯小时候玩过这个？），但是上述程序返回的结果是10100，原因是两个线程同时对sum进行操作。
执行步骤
我们在多个线程运行时，可能需要某些操作合在一起作为“原子操作”，即在这些操作可以看做是“单线程”的，例如我们可能希望输出结果的样子是这样的：
1 线程1：步骤1
2 线程1：步骤2
3 线程1：步骤3
4 线程2：步骤1
5 线程2：步骤2
6 线程2：步骤3
如果同步控制不好，出来的样子可能是这样的：
线程1：步骤1
线程2：步骤1
线程1：步骤2
线程2：步骤2
线程1：步骤3
线程2：步骤3
这里我们也给出一个示例代码：
1 class MyNonSyncRunner implements Runnable
2 {
3 public void run() {
4 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
5 for(int i = 1; i <= 5; i++)
6 {
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
8 try
9 {
10 Thread.sleep(50);
11 }
12 catch(InterruptedException ex)
13 {
14 ex.printStackTrace();
15 }
16 }
17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
18 }
19 }
20
21
22 private static void syncTest() throws InterruptedException
23 {
24 MyNonSyncRunner runner = new MyNonSyncRunner();
25 Thread thread1 = new Thread(runner);
26 Thread thread2 = new Thread(runner);
27 thread1.setDaemon(true);
28 thread2.setDaemon(true);
29 thread1.start();
30 thread2.start();
31 thread1.join();
32 thread2.join();
33 }
如何控制线程同步
既然线程同步有上述问题，那么我们应该如何去解决呢？针对不同原因造成的同步问题，我们可以采取不同的策略。
控制共享变量
我们可以采取3种方式来控制共享变量。
将“单对象多线程”修改成“多对象多线程”
上文提及，同步问题一般发生在“单对象多线程”的场景中，那么最简单的处理方式就是将运行模型修改成“多对象多线程”的样子，针对上面示例中的同步问题，修改后的代码如下：
1 private static void sharedVaribleTest2() throws InterruptedException
2 {
3 Thread thread1 = new Thread(new MyRunner());
4 Thread thread2 = new Thread(new MyRunner());
5 thread1.setDaemon(true);
6 thread2.setDaemon(true);
7 thread1.start();
8 thread2.start();
9 thread1.join();
10 thread2.join();
11 }
我们可以看到，上述代码中两个线程使用了两个不同的Runnable实例，它们在运行过程中，就不会去访问同一个全局变量。
将“全局变量”降级为“局部变量”
既然是共享变量造成的问题，那么我们可以将共享变量改为“不共享”，即将其修改为局部变量。这样也可以解决问题，同样针对上面的示例，这种解决方式的代码如下：
1 class MyRunner2 implements Runnable
2 {
3 public void run()
4 {
5 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
6 int sum = 0;
7 for (int i = 1; i <= 100; i++)
8 {
9 sum += i;
10 }
11 try {
12 Thread.sleep(500);
13 } catch (InterruptedException e) {
14 e.printStackTrace();
15 }
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
18 }
19 }
20
21
22 private static void sharedVaribleTest3() throws InterruptedException
23 {
24 MyRunner2 runner = new MyRunner2();
25 Thread thread1 = new Thread(runner);
26 Thread thread2 = new Thread(runner);
27 thread1.setDaemon(true);
28 thread2.setDaemon(true);
29 thread1.start();
30 thread2.start();
31 thread1.join();
32 thread2.join();
33 }
我们可以看出，sum变量已经由全局变量变为run方法内部的局部变量了。
使用ThreadLocal机制
ThreadLocal是JDK引入的一种机制，它用于解决线程间共享变量，使用ThreadLocal声明的变量，即使在线程中属于全局变量，针对每个线程来讲，这个变量也是独立的。
我们可以用这种方式来改造上面的代码，如下所示：
1 class MyRunner3 implements Runnable
2 {
3 public ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<Integer>();
4
5 public void run()
6 {
7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
8 for (int i = 0; i <= 100; i++)
9 {
10 if (tl.get() == null)
11 {
12 tl.set(new Integer(0));
13 }
14 int sum = ((Integer)tl.get()).intValue();
15 sum+= i;
16 tl.set(new Integer(sum));
17 try {
18 Thread.sleep(10);
19 } catch (InterruptedException e) {
20 e.printStackTrace();
21 }
22 }
23
24 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + ((Integer)tl.get()).intValue());
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
26 }
27 }
28
29
30 private static void sharedVaribleTest4() throws InterruptedException
31 {
32 MyRunner3 runner = new MyRunner3();
33 Thread thread1 = new Thread(runner);
34 Thread thread2 = new Thread(runner);
35 thread1.setDaemon(true);
36 thread2.setDaemon(true);
37 thread1.start();
38 thread2.start();
39 thread1.join();
40 thread2.join();
41 }
综上三种方案，第一种方案会降低多线程执行的效率，因此，我们推荐使用第二种或者第三种方案。
控制执行步骤
说到执行步骤，我们可以使用synchronized关键字来解决它。
1 class MySyncRunner implements Runnable
2 {
3 public void run() {
4 synchronized(this)
5 {
6 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
7 for(int i = 1; i <= 5; i++)
8 {
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
10 try
11 {
12 Thread.sleep(50);
13 }
14 catch(InterruptedException ex)
15 {
16 ex.printStackTrace();
17 }
18 }
19 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
20 }
21 }
22 }
23
24
25 private static void syncTest2() throws InterruptedException
26 {
27 MySyncRunner runner = new MySyncRunner();
28 Thread thread1 = new Thread(runner);
29 Thread thread2 = new Thread(runner);
30 thread1.setDaemon(true);
31 thread2.setDaemon(true);
32 thread1.start();
33 thread2.start();
34 thread1.join();
35 thread2.join();
36 }
在线程同步的话题上，synchronized是一个非常重要的关键字。它的原理和数据库中事务锁的原理类似。我们在使用过程中，应该尽量缩减synchronized覆盖的范围，原因有二：1）被它覆盖的范围是串行的，效率低；2）容易产生死锁。我们来看下面的示例：
1 private static void syncTest3() throws InterruptedException
2 {
3 final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
4
5 Thread thread1 = new Thread()
6 {
7 public void run()
8 {
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
10 Random r = new Random(100);
11 synchronized(list)
12 {
13 for (int i = 0; i < 5; i++)
14 {
15 list.add(new Integer(r.nextInt()));
16 }
17 System.out.println("The size of list is " + list.size());
18 }
19 try
20 {
21 Thread.sleep(500);
22 }
23 catch(InterruptedException ex)
24 {
25 ex.printStackTrace();
26 }
27 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
28 }
29 };
30
31 Thread thread2 = new Thread()
32 {
33 public void run()
34 {
35 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
36 Random r = new Random(100);
37 synchronized(list)
38 {
39 for (int i = 0; i < 5; i++)
40 {
41 list.add(new Integer(r.nextInt()));
42 }
43 System.out.println("The size of list is " + list.size());
44 }
45 try
46 {
47 Thread.sleep(500);
48 }
49 catch(InterruptedException ex)
50 {
51 ex.printStackTrace();
52 }
53 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
54 }
55 };
56
57 thread1.start();
58 thread2.start();
59 thread1.join();
60 thread2.join();
61 }
我们应该把需要同步的内容集中在一起，尽量不包含其他不相关的、消耗大量资源的操作，示例中线程休眠的操作显然不应该包括在里面。
构造线程池
我们在Java回顾之网络通信中，已经构建了一个Socket连接池，这里我们在此基础上，构建一个线程池，完成基本的启动、休眠、唤醒、停止操作。
基本思路还是以数组的形式保持一系列线程，通过Socket通信，客户端向服务器端发送命令，当服务器端接收到命令后，根据收到的命令对线程数组中的线程进行操作。
Socket客户端的代码保持不变，依然采用构建Socket连接池时的代码，我们主要针对服务器端进行改造。
首先，我们需要定义一个线程对象，它用来执行我们的业务操作，这里简化起见，只让线程进行休眠。
1 enum ThreadStatus
2 {
3 Initial,
4 Running,
5 Sleeping,
6 Stopped
7 }
8
9 enum ThreadTask
10 {
11 Start,
12 Stop,
13 Sleep,
14 Wakeup
15 }
16
17
18 class MyThread extends Thread
19 {
20 public ThreadStatus status = ThreadStatus.Initial;
21 public ThreadTask task;
22 public void run()
23 {
24 status = ThreadStatus.Running;
25 while(true)
26 {
27 try {
28 Thread.sleep(3000);
29 if (status == ThreadStatus.Sleeping)
30 {
31 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入休眠状态。");
32 this.wait();
33 }
34 } catch (InterruptedException e) {
35 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运行过程中出现错误。");
36 status = ThreadStatus.Stopped;
37 }
38 }
39 }
40 }
然后，我们需要定义一个线程管理器，它用来对线程池中的线程进行管理，代码如下：
1 class MyThreadManager
2 {
3 public static void manageThread(MyThread[] threads, ThreadTask task)
4 {
5 for (int i = 0; i < threads.length; i++)
6 {
7 synchronized(threads[i])
8 {
9 manageThread(threads[i], task);
10 }
11 }
12 System.out.println(getThreadStatus(threads));
13 }
14
15 public static void manageThread(MyThread thread, ThreadTask task)
16 {
17 if (task == ThreadTask.Start)
18 {
19 if (thread.status == ThreadStatus.Running)
20 {
21 return;
22 }
23 if (thread.status == ThreadStatus.Stopped)
24 {
25 thread = new MyThread();
26 }
27 thread.status = ThreadStatus.Running;
28 thread.start();
29
30 }
31 else if (task == ThreadTask.Stop)
32 {
33 if (thread.status != ThreadStatus.Stopped)
34 {
35 thread.interrupt();
36 thread.status = ThreadStatus.Stopped;
37 }
38 }
39 else if (task == ThreadTask.Sleep)
40 {
41 thread.status = ThreadStatus.Sleeping;
42 }
43 else if (task == ThreadTask.Wakeup)
44 {
45 thread.notify();
46 thread.status = ThreadStatus.Running;
47 }
48 }
49
50 public static String getThreadStatus(MyThread[] threads)
51 {
52 StringBuffer sb = new StringBuffer();
53 for (int i = 0; i < threads.length; i++)
54 {
55 sb.append(threads[i].getName() + "的状态：" + threads[i].status).append("\r\n");
56 }
57 return sb.toString();
58 }
59 }
最后，是我们的服务器端，它不断接受客户端的请求，每收到一个连接请求，服务器端会新开一个线程，来处理后续客户端发来的各种操作指令。
1 public class MyThreadPool {
2
3 public static void main(String[] args) throws IOException
4 {
5 MyThreadPool pool = new MyThreadPool(5);
6 }
7
8 private int threadCount;
9 private MyThread[] threads = null;
10
11
12 public MyThreadPool(int count) throws IOException
13 {
14 this.threadCount = count;
15 threads = new MyThread[count];
16 for (int i = 0; i < threads.length; i++)
17 {
18 threads[i] = new MyThread();
19 threads[i].start();
20 }
21 Init();
22 }
23
24 private void Init() throws IOException
25 {
26 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(5678);
27 while(true)
28 {
29 final Socket socket = serverSocket.accept();
30 Thread thread = new Thread()
31 {
32 public void run()
33 {
34 try
35 {
36 System.out.println("检测到一个新的Socket连接。");
37 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
38 PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
39 String line = null;
40 while((line = br.readLine()) != null)
41 {
42 System.out.println(line);
43 if (line.equals("Count"))
44 {
45 System.out.println("线程池中有5个线程");
46 }
47 else if (line.equals("Status"))
48 {
49 String status = MyThreadManager.getThreadStatus(threads);
50 System.out.println(status);
51 }
52 else if (line.equals("StartAll"))
53 {
54 MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Start);
55 }
56 else if (line.equals("StopAll"))
57 {
58 MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Stop);
59 }
60 else if (line.equals("SleepAll"))
61 {
62 MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Sleep);
63 }
64 else if (line.equals("WakeupAll"))
65 {
66 MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Wakeup);
67 }
68 else if (line.equals("End"))
69 {
70 break;
71 }
72 else
73 {
74 System.out.println("Command:" + line);
75 }
76 ps.println("OK");
77 ps.flush();
78 }
79 }
80 catch(Exception ex)
81 {
82 ex.printStackTrace();
83 }
84 }
85 };
86 thread.start();
87 }
88 }
89 }
探索JDK中的concurrent工具包
为了简化开发人员在进行多线程开发时的工作量，并减少程序中的bug，JDK提供了一套concurrent工具包，我们可以用它来方便的开发多线程程序。
线程池
我们在上面实现了一个非常“简陋”的线程池，concurrent工具包中也提供了线程池，而且使用非常方便。
concurrent工具包中的线程池分为3类：ScheduledThreadPool、FixedThreadPool和CachedThreadPool。
首先我们来定义一个Runnable的对象
1 class MyRunner implements Runnable
2 {
3 public void run() {
4 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行开始");
5 for(int i = 0; i < 1; i++)
6 {
7 try
8 {
9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行");
10 Thread.sleep(200);
11 }
12 catch(Exception ex)
13 {
14 ex.printStackTrace();
15 }
16 }
17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
18 }
19 }
可以看出，它的功能非常简单，只是输出了线程的执行过程。
ScheduledThreadPool
这和我们平时使用的ScheduledTask比较类似，或者说很像Timer，它可以使得一个线程在指定的一段时间内开始运行，并且在间隔另外一段时间后再次运行，直到线程池关闭。
示例代码如下：
1 private static void scheduledThreadPoolTest()
2 {
3 final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(3);
4
5 MyRunner runner = new MyRunner();
6
7 final ScheduledFuture<?> handler1 = scheduler.scheduleAtFixedRate(runner, 1, 10, TimeUnit.SECONDS);
8 final ScheduledFuture<?> handler2 = scheduler.scheduleWithFixedDelay(runner, 2, 10, TimeUnit.SECONDS);
9
10 scheduler.schedule(new Runnable()
11 {
12 public void run()
13 {
14 handler1.cancel(true);
15 handler2.cancel(true);
16 scheduler.shutdown();
17 }
18 }, 30, TimeUnit.SECONDS
19 );
20 }
FixedThreadPool
这是一个指定容量的线程池，即我们可以指定在同一时间，线程池中最多有多个线程在运行，超出的线程，需要等线程池中有空闲线程时，才能有机会运行。
来看下面的代码：
1 private static void fixedThreadPoolTest()
2 {
3 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
4 for(int i = 0; i < 5; i++)
5 {
6 MyRunner runner = new MyRunner();
7 exec.execute(runner);
8 }
9 exec.shutdown();
10 }
注意它的输出结果：
pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-3正在运行
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-2运行结束
可以看到从始至终，最多有3个线程在同时运行。
CachedThreadPool
这是另外一种线程池，它不需要指定容量，只要有需要，它就会创建新的线程。
它的使用方式和FixedThreadPool非常像，来看下面的代码：
1 private static void cachedThreadPoolTest()
2 {
3 ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
4 for(int i = 0; i < 5; i++)
5 {
6 MyRunner runner = new MyRunner();
7 exec.execute(runner);
8 }
9 exec.shutdown();
10 }
它的执行结果如下：
pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-3正在运行
pool-1-thread-4运行开始
pool-1-thread-4正在运行
pool-1-thread-5运行开始
pool-1-thread-5正在运行
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-4运行结束
pool-1-thread-5运行结束
可以看到，它创建了5个线程。
处理线程返回值
在有些情况下，我们需要使用线程的返回值，在上述的所有代码中，线程这是执行了某些操作，没有任何返回值。
如何做到这一点呢？我们可以使用JDK中的Callable<T>和CompletionService<T>，前者返回单个线程的结果，后者返回一组线程的结果。
返回单个线程的结果
还是直接看代码吧：
1 private static void callableTest() throws InterruptedException, ExecutionException
2 {
3 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(1);
4 Callable<String> call = new Callable<String>()
5 {
6 public String call()
7 {
8 return "Hello World.";
9 }
10 };
11 Future<String> result = exec.submit(call);
12 System.out.println("线程的返回值是" + result.get());
13 exec.shutdown();
14 }
执行结果如下：
线程的返回值是Hello World.
返回线程池中每个线程的结果
这里需要使用CompletionService<T>，代码如下：
1 private static void completionServiceTest() throws InterruptedException, ExecutionException
2 {
3 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
4 CompletionService<String> service = new ExecutorCompletionService<String>(exec);
5 for (int i = 0; i < 10; i++)
6 {
7 Callable<String> call = new Callable<String>()
8 {
9 public String call() throws InterruptedException
10 {
11 return Thread.currentThread().getName();
12 }
13 };
14 service.submit(call);
15 }
16
17 Thread.sleep(1000);
18 for(int i = 0; i < 10; i++)
19 {
20 Future<String> result = service.take();
21 System.out.println("线程的返回值是" + result.get());
22 }
23 exec.shutdown();
24 }
执行结果如下：
线程的返回值是pool-2-thread-1
线程的返回值是pool-2-thread-2
线程的返回值是pool-2-thread-3
线程的返回值是pool-2-thread-5
线程的返回值是pool-2-thread-4
线程的返回值是pool-2-thread-6
线程的返回值是pool-2-thread-8
线程的返回值是pool-2-thread-7
线程的返回值是pool-2-thread-9
线程的返回值是pool-2-thread-10
实现生产者-消费者模型
对于生产者-消费者模型来说，我们应该都不会陌生，通常我们都会使用某种数据结构来实现它。在concurrent工具包中，我们可以使用BlockingQueue来实现生产者-消费者模型，如下：
1 public class BlockingQueueSample {
2
3 public static void main(String[] args)
4 {
5 blockingQueueTest();
6 }
7
8 private static void blockingQueueTest()
9 {
10 final BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
11 final int maxSleepTimeForSetter = 10;
12 final int maxSleepTimerForGetter = 10;
13
14 Runnable setter = new Runnable()
15 {
16 public void run()
17 {
18 Random r = new Random();
19 while(true)
20 {
21 int value = r.nextInt(100);
22 try
23 {
24 queue.put(new Integer(value));
25 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---向队列中插入值" + value);
26 Thread.sleep(r.nextInt(maxSleepTimeForSetter) * 1000);
27 }
28 catch(Exception ex)
29 {
30 ex.printStackTrace();
31 }
32 }
33 }
34 };
35
36 Runnable getter = new Runnable()
37 {
38 public void run()
39 {
40 Random r = new Random();
41 while(true)
42 {
43 try
44 {
45 if (queue.size() == 0)
46 {
47 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---队列为空");
48 }
49 else
50 {
51 int value = queue.take().intValue();
52 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---从队列中获取值" + value);
53 }
54 Thread.sleep(r.nextInt(maxSleepTimerForGetter) * 1000);
55 }
56 catch(Exception ex)
57 {
58 ex.printStackTrace();
59 }
60 }
61 }
62 };
63
64 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);
65 exec.execute(setter);
66 exec.execute(getter);
67 }
68 }
我们定义了两个线程，一个线程向Queue中添加数据，一个线程从Queue中取数据。我们可以通过控制maxSleepTimeForSetter和maxSleepTimerForGetter的值，来使得程序得出不同的结果。
可能的执行结果如下：
pool-1-thread-1---向队列中插入值88
pool-1-thread-2---从队列中获取值88
pool-1-thread-1---向队列中插入值75
pool-1-thread-2---从队列中获取值75
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-1---向队列中插入值50
pool-1-thread-2---从队列中获取值50
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-1---向队列中插入值51
pool-1-thread-1---向队列中插入值92
pool-1-thread-2---从队列中获取值51
pool-1-thread-2---从队列中获取值92
因为Queue中的值和Thread的休眠时间都是随机的，所以执行结果也不是固定的。
使用信号量来控制线程
JDK提供了Semaphore来实现“信号量”的功能，它提供了两个方法分别用于获取和释放信号量：acquire和release，示例代码如下：
1 private static void semaphoreTest()
2 {
3 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
4 final Semaphore semp = new Semaphore(2);
5
6 for (int i = 0; i < 10; i++)
7 {
8 Runnable runner = new Runnable()
9 {
10 public void run()
11 {
12 try
13 {
14 semp.acquire();
15 System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + "正在执行。");
16 Thread.sleep(5000);
17 semp.release();
18 }
19 catch(Exception ex)
20 {
21 ex.printStackTrace();
22 }
23 }
24 };
25 exec.execute(runner);
26 }
27
28 exec.shutdown();
29 }
执行结果如下：
Tue May 07 11:22:11 CST 2013 pool-1-thread-1正在执行。
Tue May 07 11:22:11 CST 2013 pool-1-thread-2正在执行。
Tue May 07 11:22:17 CST 2013 pool-1-thread-3正在执行。
Tue May 07 11:22:17 CST 2013 pool-1-thread-4正在执行。
Tue May 07 11:22:22 CST 2013 pool-1-thread-5正在执行。
Tue May 07 11:22:22 CST 2013 pool-1-thread-6正在执行。
Tue May 07 11:22:27 CST 2013 pool-1-thread-7正在执行。
Tue May 07 11:22:27 CST 2013 pool-1-thread-8正在执行。
Tue May 07 11:22:32 CST 2013 pool-1-thread-10正在执行。
Tue May 07 11:22:32 CST 2013 pool-1-thread-9正在执行。
可以看出，尽管线程池中创建了10个线程，但是同时运行的，只有2个线程。
控制线程池中所有线程的执行步骤
在前面，我们已经提到，可以用synchronized关键字来控制单个线程中的执行步骤，那么如果我们想要对线程池中的所有线程的执行步骤进行控制的话，应该如何实现呢？
我们有两种方式，一种是使用CyclicBarrier，一种是使用CountDownLatch。
CyclicBarrier使用了类似于Object.wait的机制，它的构造函数中需要接收一个整型数字，用来说明它需要控制的线程数目，当在线程的run方法中调用它的await方法时，它会保证所有的线程都执行到这一步，才会继续执行后面的步骤。
示例代码如下：
1 class MyRunner2 implements Runnable
2 {
3 private CyclicBarrier barrier = null;
4 public MyRunner2(CyclicBarrier barrier)
5 {
6 this.barrier = barrier;
7 }
8
9 public void run() {
10 Random r = new Random();
11 try
12 {
13 for (int i = 0; i < 3; i++)
14 {
15 Thread.sleep(r.nextInt(10) * 1000);
16 System.out.println(new Date() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--第" + (i + 1) + "次等待。");
17 barrier.await();
18 }
19 }
20 catch(Exception ex)
21 {
22 ex.printStackTrace();
23 }
24 }
25
26 }
27
28 private static void cyclicBarrierTest()
29 {
30 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
31
32 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
33 for (int i = 0; i < 3; i++)
34 {
35 exec.execute(new MyRunner2(barrier));
36 }
37 exec.shutdown();
38 }
执行结果如下：
Tue May 07 11:31:20 CST 2013--pool-1-thread-2--第1次等待。
Tue May 07 11:31:21 CST 2013--pool-1-thread-3--第1次等待。
Tue May 07 11:31:24 CST 2013--pool-1-thread-1--第1次等待。
Tue May 07 11:31:24 CST 2013--pool-1-thread-1--第2次等待。
Tue May 07 11:31:26 CST 2013--pool-1-thread-3--第2次等待。
Tue May 07 11:31:30 CST 2013--pool-1-thread-2--第2次等待。
Tue May 07 11:31:32 CST 2013--pool-1-thread-1--第3次等待。
Tue May 07 11:31:33 CST 2013--pool-1-thread-3--第3次等待。
Tue May 07 11:31:33 CST 2013--pool-1-thread-2--第3次等待。
可以看出，thread-2到第1次等待点时，一直等到thread-1到达后才继续执行。
CountDownLatch则是采取类似”倒计时计数器”的机制来控制线程池中的线程，它有CountDown和Await两个方法。示例代码如下：
1 private static void countdownLatchTest() throws InterruptedException
2 {
3 final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);
4 final CountDownLatch end = new CountDownLatch(5);
5 ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
6 for (int i = 0; i < 5; i++)
7 {
8 Runnable runner = new Runnable()
9 {
10 public void run()
11 {
12 Random r = new Random();
13 try
14 {
15 begin.await();
16 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行开始");
17 Thread.sleep(r.nextInt(10)*1000);
18 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
19 }
20 catch(Exception ex)
21 {
22 ex.printStackTrace();
23 }
24 finally
25 {
26 end.countDown();
27 }
28 }
29 };
30 exec.execute(runner);
31 }
32 begin.countDown();
33 end.await();
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
35 exec.shutdown();
36 }
执行结果如下：
pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-5运行开始
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-4运行开始
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-5运行结束
pool-1-thread-4运行结束
main运行结束
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