Java中的并发工具类(CountDownLatch、CyclicBarrie、Exchanger)

在JDK的并发包里提供了不少有意思的并发工具类。CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore 工具类提供了一种并发流程控制的手段，Exchanger 工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段。

 

1.等待多线程完成的 CountDownLatch

CountDownLatch容许一个或多个线程等待其余线程完成操做。

其实最简单的作噶是使用join()方法，join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，若是join线程存活则让当前线程永远等待。其中，wait(0) 表示永远等待下去，代码片断以下：

while (isAlive()) {
 wait(0);
 }

知道线程停止后，线程的 this.notifyAll() 方法被调用，调用 notifyAll() 方法是在 JVM里实现的，因此在JDK里看不到，你们能够查看JVM源码。

在JDK1.5以后的并发包CountDownLatch也能够实现join的功能，而且功能更多，更强大。

示例代码：

 

运行结果：

1
2
3

CountDownLatch的构造方法接收一个int类型的参数做为计数器，若是你想等待N个点完成，这里就传入N。

当咱们调用CountDownLatch的countDown()方法时，N就会减1，CountDownLatch的 await() 方法会阻塞当前线程，直到N变成零。因为countDown()方法能够用在任何地方，因此这里说的N个点，也能够是N个线程。用在多个线程时，你只须要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里。

若是有某个线程处理的比较慢，咱们不可能让主线程一直等待，因此咱们可使用另一个带指定时间的await方法，await(long time, TimeUnit unit)， 这个方法等待特定时间后，就会再也不阻塞当前线程。join也有相似的方法。

注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能从新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法 happen-before 另一个线程调用await方法。

2.同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要作的事情是，让一组线程到达一个屏障（也能够叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，全部被屏障拦截的线程才会继续运行。

2.1 构造方法

CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每一个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，而后当前线程被阻塞。

示例代码：

 

运行结果：

1
2

或者

2
1

若是把new CyclicBarrier(2)修改为new CyclicBarrier(3)则主线程和子线程会永远等待，由于没有第三个线程执行await方法，即没有第三个线程到达屏障，因此以前到达屏障的两个线程都不会继续执行

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CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。

示例代码：

 

运行结果：

3
1
2

2.2 应用场景

CyclicBarrier能够用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。好比咱们用一个Excel保存了用户全部银行流水，每一个Sheet保存一个账户近一年的每笔银行流水，如今须要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每一个sheet里的银行流水，都执行完以后，获得每一个sheet的日均银行流水，最后，再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水。

2.3 CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

CountDownLatch的计数器只能使用一次。而CyclicBarrier的计数器可使用reset() 方法重置。因此CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景，例如，若是计算发生错误，能够重置计数器，并让线程们从新执行一次。

CyclicBarrier还提供其余有用的方法，好比getNumberWaiting方法能够得到CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。

示例代码：

 

运行结果：

true

3.控制并发线程数的Semaphore

3.1 做用

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它经过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

3.2 简介

Semaphore也是一个线程同步的辅助类，能够维护当前访问自身的线程个数，并提供了同步机制。使用Semaphore能够控制同时访问资源的线程个数，例如，实现一个文件容许的并发访问数。

3.3 应用场景

Semaphore能够用于作流量控制，特别公用资源有限的应用场景，好比数据库链接。假若有一个需求，要读取几万个文件的数据，由于都是IO密集型任务，咱们能够启动几十个线程并发的读取，可是若是读到内存后，还须要存储到数据库中，而数据库的链接数只有10个，这时咱们必须控制只有十个线程同时获取数据库链接保存数据，不然会报错没法获取数据库链接。这个时候，咱们就可使用Semaphore来作流控，代码以下：

 

在代码中，虽然有30个线程在执行，可是只容许10个并发的执行。Semaphore的构造方法Semaphore(int permits) 接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore(10)表示容许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()获取一个许可证，使用完以后调用release()归还许可证。还能够用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

3.4 其余方法

Semaphore还提供一些其余方法：

• int availablePermits() ：返回此信号量中当前可用的许可证数。
• int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
• boolean hasQueuedThreads() ：是否有线程正在等待获取许可证。
• void reducePermits(int reduction) ：减小reduction个许可证。是个protected方法。
• Collection getQueuedThreads() ：返回全部等待获取许可证的线程集合。是个protected方法。

4.线程间交换数据的Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协做的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程能够交换彼此的数据。这两个线程经过exchange方法交换数据， 若是第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就能够交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

应用场景

一、Exchanger能够用于遗传算法，遗传算法里须要选出两我的做为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。

二、Exchanger也能够用于校对工做。好比咱们须要将纸制银流经过人工的方式录入成电子银行流水，为了不错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel以后，系统须要加载这两个Excel，并对这两个Excel数据进行校对，看看是否录入的一致。代码以下：

 

运行结果：

在B中获取到录入的A是：银行流水A

若是两个线程有一个没有到达exchange方法，则会一直等待,若是担忧有特殊状况发生，避免一直等待，可使用exchange(V data, long time, TimeUnit unit)设置最大等待时长。

参考

《Java并发编程的艺术》方、魏、程著