Java 并发同步器之CountDownLatch、CyclicBarrier

一、简介

1、CountDownLatch是一个同步计数器,构造时传入int参数,该参数就是计数器的初始值，每调用一次countDown()方法，计数器减1,计数器大于0 时，await()方法会阻塞程序的执行。 CountDownLatch可以看作是一个倒计数的锁存器，当计数减至0时触发特定的事件。利用这种特性，可以让主线程等待子线程的结束。

CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()，前者主要是倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到达0，就只有阻塞等待了。

2、CyclicBarrier也是一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。wait() 方法每被调用一次，计数便会减少1，并阻塞住当前线程。当计数减至0时，阻塞解除，所有在此 CyclicBarrier上面阻塞的线程开始运行。在这之后，如果再次调用 await() 方法，计数就又会变成 N-1，新一轮重新开始，所以称它为循环的 barrier。

二、使用场景

1、CountDownLatch可用于一组线程和另外一组线程的协作。比如有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，那这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。

2、CyclicBarrier需要所有的子任务都完成时，才执行主任务，这个时候就可以选择使用CyclicBarrier。

CountDownLatch 适用于一组线程和另一个主线程之间的工作协作。一个主线程等待一组工作线程的任务完毕才继续它的执行是使用 CountDownLatch 的主要场景；CyclicBarrier 用于一组或几组线程，比如一组线程需要在一个时间点上达成一致，例如同时开始一个工作。另外，CyclicBarrier 的循环特性和构造函数所接受的 Runnable 参数也是 CountDownLatch 所不具备的。

三、常用方法

CountDownLatch
1、public void countDown()
递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程。如果当前计数大于零，则将计数减少。如果新的计数为零，出于线程调度目的，将重新启用所有的等待线程。
如果当前计数等于零，则不发生任何操作。

2、public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。如果当前计数为零，则此方法立刻返回 true 值。
如果当前计数大于零，则出于线程调度目的，将禁用当前线程，且在发生以下三种情况之一前，该线程将一直处于休眠状态：
由于调用 countDown() 方法，计数到达零；或者
其他某个线程中断当前线程；或者
已超出指定的等待时间。
如果计数到达零，则该方法返回 true 值。
如果当前线程：
在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
在等待时被中断，
则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。如果超出了指定的等待时间，则返回值为 false。如果该时间小于等于零，则此方法根本不会等待。

参数：
timeout - 要等待的最长时间
unit - timeout 参数的时间单位。
返回：
如果计数到达零，则返回 true；如果在计数到达零之前超过了等待时间，则返回 false
抛出：
InterruptedException - 如果当前线程在等待时被中断

CyclicBarrier
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
在所有参与者都已经在此 barrier 上调用 await方法之前，将一直等待。如果当前线程不是将到达的最后一个线程，出于调度目的，将禁用它，且在发生以下情况之一前，该线程将一直处于休眠状态：
最后一个线程到达；或者
其他某个线程中断当前线程；或者
其他某个线程中断另一个等待线程；或者
其他某个线程在等待 barrier 时超时；或者
其他某个线程在此 barrier 上调用 reset()。
如果当前线程：
在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
在等待时被中断
则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。如果在线程处于等待状态时 barrier 被 reset()，或者在调用 await 时 barrier 被损坏，抑或任意一个线程正处于等待状态，则抛出 BrokenBarrierException 异常。
如果任何线程在等待时被 中断，则其他所有等待线程都将抛出 BrokenBarrierException 异常，并将 barrier 置于损坏状态。
如果当前线程是最后一个将要到达的线程，并且构造方法中提供了一个非空的屏障操作，则在允许其他线程继续运行之前，当前线程将运行该操作。如果在执行屏障操作过程中发生异常，则该异常将传播到当前线程中，并将 barrier 置于损坏状态。

返回：
到达的当前线程的索引，其中，索引 getParties() - 1 指示将到达的第一个线程，零指示最后一个到达的线程
抛出：
InterruptedException - 如果当前线程在等待时被中断
BrokenBarrierException - 如果另一个 线程在当前线程等待时被中断或超时，或者重置了 barrier，或者在调用 await 时 barrier 被损坏，抑或由于异常而导致屏障操作（如果存在）失败。

四、示例

我们看下JDK文档中的示例

1、CountDownLatch

我们可以想象下赛车上的情景赛车的维修过程，只有 startSignal命令下达之后，维修工才开始干活，只有等所有工人完成工作之后，赛车才能继续。

class Driver { // ...
    void main() throws InterruptedException {
        CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);

        for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
            new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();

        doSomethingElse();            // don't let run yet
        startSignal.countDown();      // let all threads proceed
        doSomethingElse();
        doneSignal.await();           // wait for all to finish
    }
}

class Worker implements Runnable {
    private final CountDownLatch startSignal;
    private final CountDownLatch doneSignal;
    Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal) {
        this.startSignal = startSignal;
        this.doneSignal = doneSignal;
    }
    public void run() {
        try {
            startSignal.await();
            doWork();
            doneSignal.countDown();
        } catch (InterruptedException ex) {} // return;
    }

    void doWork() { ... }
}

2、CyclicBarrier

class Solver {
    final int N;
    final float[][] data;
    final CyclicBarrier barrier;

    class Worker implements Runnable {
        int myRow;
        Worker(int row) { myRow = row; }
        public void run() {
            while (!done()) {
                processRow(myRow);

                try {
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException ex) {
                    return;
                } catch (BrokenBarrierException ex) {
                    return;
                }
            }
        }
    }

    public Solver(float[][] matrix) {
        data = matrix;
        N = matrix.length;
        barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
                public void run() {
                    mergeRows(...);
                }
            });
        for (int i = 0; i < N; ++i)
            new Thread(new Worker(i)).start();

        waitUntilDone();
    }
}

五、总结

CountDownLatch 是能使一组线程等另一组线程都跑完了再继续跑；

 CyclicBarrier 能够使一组线程在一个时间点上达到同步，可以是一起开始执行全部任务或者一部分任务。同时，它是可以循环使用的。

参考：http://my.oschina.net/lifany/blog/207995?p=2#comments

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