Java多线程并发系列之闭锁（Latch）和栅栏（CyclicBarrier）

---

JAVA并发包中有三个类用于同步一批线程的行为，分别是闭锁（Latch），信号灯（Semaphore）和栅栏（CyclicBarrier）。本贴主要说明闭锁（Latch）和栅栏（CyclicBarrier）。

1. 闭锁（Latch）

闭锁（Latch）  —— 确保多个线程在完成各自事务后，才会打开继续执行后面的内容，否则一直等待。

计数器闭锁（CountDownLatch） —— 是JDK5+ 里面闭锁的一个实现，允许一个或多个线程等待某个事件的发生。CountDownLatch  有个正数的计数器，countDown(); 对计数器做减法操作，await(); 等待计数器 = 0。所有await的线程都会阻塞，直到计数器为0或者等待线程中断或者超时。

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         // 申明，等待事件数量 5次
         CountDownLatch await = new CountDownLatch(5);

         // 依次创建并启动处于等待状态的5个MyRunnable线程
         for (int i = 1; i < 6; ++i) {
             new Thread(new MyRunnable(await, i)).start();
         }

         System.out.println("等待线程开始工作......");
         await.await();
         System.out.println("结束!");
 }

 public static class MyRunnable implements Runnable {

     private final CountDownLatch await;
     private final int num;

     public MyRunnable(CountDownLatch await, int num) {
         this.await = await;
         this.num  =  num;
     }

     public void run() {
         try {
             System.out.println("线程"+num+"执行完毕。");
             await.countDown(); // 当前事件执行完毕，计数 -1
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 } 

运行结果：
等待线程开始工作......
线程1执行完毕。
线程2执行完毕。
线程3执行完毕。
线程4执行完毕。
线程5执行完毕。
结束!

流程如图所示：

图1 - CountDownLatch 处理流程

2. 栅栏（CyclicBarrier）

栅栏类似于闭锁，它能阻塞一组线程直到某个事件发生。 栅栏与闭锁的关键区别在于，所有的线程必须同时到达栅栏位置，才能继续执行。闭锁用于等待事件，而栅栏用于等待其他线程。

场景： 比如甲乙丙三人一把椅子，甲做椅子腿，乙做椅子面，丙做椅子靠背。等3人都做成后，就可以组装成椅子了。这是一种并行迭代，将一个问题分成很多子问题，当一系列的子问题都解决之后（所有子问题线程都已经await(); ），此时将栅栏打开，所有子问题线程被释放，而栅栏位置可以留着下次使用。

示例如下：

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     // 申明，等待线程数量 3次
     CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);

     // 依次创建并启动处于等待状态的3个MyRunnable2线程
     new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子腿")).start();
     new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子面")).start();
     new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子背")).start();
 }

 public static class ChairRunnable implements Runnable {
     private final CyclicBarrier cyclicBarrier;
     private final String event;

     public ChairRunnable(CyclicBarrier cyclicBarrier, String event) {
         this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
         this.event = event;
     }

     public void run() {
         try {
             System.out.println("开始做【" + event + "】。");
             Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
             cyclicBarrier.await(); // 等待其他线程完成
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         } catch (BrokenBarrierException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         System.out.println("【" + event + "】做好了， 我们来一起组装吧！");
     }
 }

运行结果：
开始做【椅子腿】。
开始做【椅子背】。
开始做【椅子面】。
【椅子面】做好了， 我们来一起组装吧！
【椅子腿】做好了， 我们来一起组装吧！
【椅子背】做好了， 我们来一起组装吧！

流程如下图所示：

图2 - CyclicBarrier 处理流程