java 并发类

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CountDownLatch

CountDownLatch是在java1.5被引入的，跟它一起被引入的并发工具类还有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue，它们都存在于java.util.concurrent包下。CountDownLatch这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

CountDownLatch

过程

构造器中的计数值（count）实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。

与CountDownLatch的第一次交互是主线程等待其他线程。主线程必须在启动其他线程后立即调用CountDownLatch.await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。

其他N 个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知CountDownLatch对象，他们已经完成了各自的任务。这种通知机制是通过 CountDownLatch.countDown()方法来完成的；每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1。所以当N个线程都调 用了这个方法，count的值等于0，然后主线程就能通过await()方法，恢复执行自己的任务

使用场景

  1. 实现最大的并行性

    有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用 一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。

  2. 开始执行前等待n个线程完成各自任务

    例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统已经启动和运行了。

  3. 死锁检测

    一个非常方便的使用场景是，你可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁。

CyclicBarrier

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)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。

手册

  • CyclicBarrier(int parties)

    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，但它不会在启动 barrier 时执行预定义的操作。

  • 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。

  • int await()

    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。

  • int await(long timeout, TimeUnit unit)

    在所有参与者都已经在此屏障上调用 await 方法之前将一直等待,或者超出了指定的等待时间。

  • int getNumberWaiting()

    返回当前在屏障处等待的参与者数目。

  • int getParties()

    返回要求启动此 barrier 的参与者数目。

  • boolean isBroken()

    查询此屏障是否处于损坏状态。

  • void reset()

    将屏障重置为其初始状态。

使用场景

需要一定数量子任务都完成时，才执行主任务，这个时候就可以选择使用CyclicBarrier。就象它名字的意思一样，可看成是个障碍， 必须到齐一定数量后才能一起通过这个障碍。

Semaphore(信号量)

Semaphore是一件可以容纳N人的房间，如果人不满就可以进去，如果人满了，就要等待有人出来。对于N=1的情况，称为binary semaphore。一般的用法是，用于限制对于某一资源的同时访问。

“公平信号量”和”非公平信号量”的区别

“公平信号量”和”非公平信号量”的释放信号量的机制是一样的！不同的是它们获取信号量的机制：线程在尝试获取信号量许可时，对于公平信号量而言，如果当前线程不在CLH队列的头部，则排队等候；而对于非公平信号量而言，无论当前线程是不是在CLH队列的头部，它都会直接获取信号量。该差异具体的体现在，它们的tryAcquireShared()函数的实现不同。

重要方法

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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

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

实现原理

  1. AbstractQueuedSynchronizer(AQS)概述
  2. AbstractQueuedSynchronizer(AQS)的介绍和原理分析
  3. CLH队列锁

使用场景

一定数量的资源,在并发访问时,可以控制同时访问资源的线程数

CountDownLatch 、CyclicBarrier 与 Semaphore 比较

  1. CountDownLatch : 一个线程(或者多个)， 等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行。CyclicBarrier: N个线程相互等待，任何一个线程完成之前，所有的线程都必须等待。
  2. CountDownLatch的计数器无法被重置；CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier。
  3. CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数， 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。
  4. Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的并发访问线程数。

参考: