关于CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
这次工作使用CountDownLatch来将异步的通信改成同步
扩散了解下其他两种
Java并发编程: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
若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。
请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
在作者的基础上,有自己的补充和修正
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:
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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:
timeout后返回false继续执行,countdown到0后返回true继续执行
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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:
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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:
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:
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public CyclicBarrier( int parties, Runnable barrierAction) { } public CyclicBarrier( int parties) { } |
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。
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) :创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,并在启动 barrier 时执行给定的屏障操作,该操作由最后一个进入 barrier 的线程执行。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2个重载版本:
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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,当第一个线程的等待时间超过了,会抛出TimeoutException,继续执行,其他的等待进程抛出BrokenBarrierException,继续执行;换言之,有一个进程的等待时间超时了,那等待就被打破;
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:
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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; } @Override public 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:
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:
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public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4 ; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() { @Override public 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; } @Override public 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:
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:
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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; } @Override public 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:
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:
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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; } @Override public 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:
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。
barrier的复用是有要求的,上一轮使用没有出现timeout或者BrokenBarrierException ,不然,接下来使用的时候回直接也报错
复用前需要调用isBroken()判断上轮是否出现了timeout或其他异常,如果有,就reset
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:
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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:
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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:
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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:
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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; } @Override public 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:
信号量新一篇
https://blog.csdn.net/WinWill2012/article/details/71624925的博文,讲解了Semaphore类的其他方法和Semaphore的其他用法
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。
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