CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore 使用过吗？下面详细介绍用法：
一，（等待多线程完成的）CountDownLatch
背景;
- countDownLatch（同步援助）是在java1.5被引入，跟它一起被引入的工具类还有CyclicBarrier(同步援助)、Semaphore(计数信号量)、concurrentHashMap和BlockingQueue（阻塞队列）。
- 存在于java.util.cucurrent包下。
概念理解：
让一些线程阻塞，直到另外一些线程完成一系列操作后才被唤醒。
主要方法介绍
通过一个计数器来实现的，计数器的初始值是线程的数量。await方法会被阻塞，每当一个线程执行完毕后，countDown方法会让计数器的值-1，不会阻塞，当计数器的值为0时，表示其他线程都执行完毕后，调用await方法的线程会被唤醒，继续执行。
源码：
(1)，countDownLatch类中只提供了一个构造器：
CountDownLatch(int count) 构造一个 CountDownLatch初始化与给定的数。
（2）类中有三个方法是最重要的：
//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 void await() 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 boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //将count值减1 public void countDown() { };
使用举例：
public static void CountDownLatchUsed() throws InterruptedException { CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(6); for (int i = 0; i < 6; i++) { new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 下自习走人"); downLatch.countDown(); },String.valueOf(i)).start(); } downLatch.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"自习室关门走人"); }
运行结果：
小结：CountDownLatch和CyclicBarrier区别：
- countDownLatch是一个计数器，线程完成一个记录一个，计数器递减，只能使用一次。
- CyclicBarrier的计数器更像一个阀门，需要所有线程都到达，然后继续执行，计数器从0开始递增，同时提供reset()方法初始化计数值，可以多次使用。
了解更多：https://blog.csdn.net/chenssy/article/details/49794141#commentBox
二，（同步屏障）CyclicBarrier
概念理解：
CyclicBarrier字面上就是可循环使用的屏障。当一组线程得到一个屏障（同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会打开，所有被屏障拦截的线程才会继续工作。进入屏障通过await方法。
主要方法介绍：
CyclicBarrier的内部是使用重入锁ReentrantLock和Condition。它有两个构造函数：
- CyclicBarrier(int parties)：创建一个新的 CyclicBarrier，它将在给定数量的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。（直到到达屏障时才会去执行）
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)：创建一个新的 CyclicBarrier，它将在给定数量的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。说明:
（1）parties:拦截线程的数量：
（2）barrierAction：为CyclicBarrier接收的Runnable命令，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction ，用于处理更加复杂的业务场景。
源码：
private void breakBarrier() { generation.broken = true; count = parties; trip.signalAll(); }
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.parties = parties; this.count = parties; this.barrierCommand = barrierAction; }
在CyclicBarrier中最重要的方法莫过于await()方法，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。如下：
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen } }
await()方法内部调用dowait(boolean timed, long nanos)方法：
其实await()的处理逻辑还是比较简单的：如果该线程不是到达的最后一个线程，则他会一直处于等待状态，除非发生以下情况：
- 最后一个线程到达，即index == 0
- 超出了指定时间（超时等待）
- 其他的某个线程中断当前线程
- 其他的某个线程中断另一个等待的线程
- 其他的某个线程在等待barrier超时
- 其他的某个线程在此barrier调用reset()方法。reset()方法用于将屏障重置为初始状态。
应用场景：
CyclicBarrier试用与多线程结果合并的操作，用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。比如我们需要统计多个Excel中的数据，然后等到一个总结果。我们可以通过多线程处理每一个Excel，执行完成后得到相应的结果，最后通过barrierAction来计算这些线程的计算结果，得到所有Excel的总和。
应用实例：
比如开会要等所有人到齐了，才会开会：
public class BlockQueueDemo { public static void main(String[] args) { CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(4, new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("所有人都到齐了吧，咱们开会。。。"); } }); for (int i = 1; i <= 4; i++) { final int tempInt = i; new Thread(() -> { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + tempInt + "已到位"); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }, String.valueOf(i)).start(); } } }
运行结果：
了解更多：https://blog.csdn.net/chenssy/article/details/70160595
三，（控制并发线程数的）Semaphore
概念理解：
信号量Semaphore是一个控制访问多个共享资源的计数器，它本质上是一个“共享锁”。
理论知识：
（1） Java并发提供了两种加锁模式，共享锁和独占锁。对于独占锁,他每次只能有一个线程持有，而共享锁则不同，它允许多个线程并行持有锁，并发的访问共享资源。
（2）独占锁采用的是一种悲观的加锁策略，对于写而言为冲突是必须的，但对于读而言可以进行共享，因为它不印象数据的一致性，如果某个只读线程获取独占锁，则其他读线程都只能等待了，这种情况下就限制了不必要的并发性，降低了吞吐量。而共享锁则不同，它放宽了加锁的条件，采用了乐观锁机制，它是允许多个读线程同时访问同一个共享资源的。
Semaphore官方解释：
一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。
（3）Semaphore 通常用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目。
CountDownLatch和Semephore优缺点对比
CountDownLatch的问题是不能复用。比如count=3，那么加到3，就不能继续操作了。而Semaphore可以解决这个问题，比如6辆车3个停车位，对于CountDownLatch只能停3辆车，而Semaphore可以停6辆车，车位空出来后，其它车可以占有，这就涉及到了Semaphore.accquire()和Semaphore.release()方法。
生活实例版本解释：
我们假设只有三个理发师、一个接待人。一开始来了五个客人，接待人则安排三个客人进行理发，其余两个人必须在那里等着，此后每个来理发店的人都必须等待。一段时间后，一个理发师完成理发后，接待人则安排另一个人（公平还是非公平机制呢？？）来理发。在这里理发师则相当于公共资源，接待人则相当于信号量（Semaphore），客户相当于线程。
深入理解：
进一步讲，我们确定信号量Semaphore是一个非负整数（>=1）。当一个线程想要访问某个共享资源时，它必须要先获取Semaphore，当Semaphore >0时，获取该资源并使Semaphore – 1。如果Semaphore值 = 0，则表示全部的共享资源已经被其他线程全部占用，线程必须要等待其他线程释放资源。当线程释放资源时，Semaphore则+1；
当信号量Semaphore = 1 时，它可以当作互斥锁使用。其中0、1就相当于它的状态，当=1时表示其他线程可以获取，当=0时，排他，即其他线程必须要等待。
源码分析
（1）Semaphore的结构如下：
从上面可以看出，Semaphore和ReentrantLock一样，都是包含公平锁（FairySync）和非公平锁（NonfairSync），两个锁都是继承Sync，而Sync也是继承自AQS。其构造函数如下：
/** * 创建具有给定的许可数和非公平的公平设置的 Semaphore。 (默认是非公平锁) */ public Semaphore(int permits) { sync = new NonfairSync(permits); } /** * 创建具有给定的许可数和给定的公平设置的 Semaphore。 */ public Semaphore(int permits, boolean fair) { sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); }
（2）信号量的获取：acquire()
在ReentrantLock中已经阐述过，公平锁和非公平锁获取锁机制的差别：对于公平锁而言，如果当前线程不在CLH队列（CLH锁是一个自旋锁。能确保无饥饿性。提供先来先服务的公平性）的头部，则需要排队等候，而非公平锁则不同，它无论当前线程处于CLH队列的何处都会直接获取锁。所以公平信号量和非公平信号量的区别也一样。
关于CLH 自旋队列锁 更多知识：https://blog.csdn.net/aesop_wubo/article/details/7533186
源码：
public void acquire() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); } public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireSharedInterruptibly(arg); }
对于公平信号量和非公平信号量，他们机制的差异就体现在traAcquireShared()方法中：
公平锁 tryAcquireShared() 尝试获取信号量
源码：
protected int tryAcquireShared(int acquires) { for (;;) { //判断该线程是否位于CLH队列的列头，如果是的话返回 -1,调用doAcquireSharedInterruptibly() if (hasQueuedPredecessors()) return -1; //获取当前的信号量许可 int available = getState(); //设置“获得acquires个信号量许可之后，剩余的信号量许可数” int remaining = available - acquires; //如果剩余信号量 > 0 ,则设置“可获取的信号量”为remaining if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; } }
注意 ： tryAcquireShared是尝试获取 信号量，remaining表示下次可获取的信号量。
（2）hasQueuedPredecessors（） 是否有队列同步器
对于hasQueuedPredecessors、compareAndSetState在ReentrantLock中已经阐述了，hasQueuedPredecessors用于判断该线程是否位于CLH队列列头，compareAndSetState用于设置state的，它是进行原子操作的。代码如下：
public final boolean hasQueuedPredecessors() { Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order Node h = head; Node s; return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); } protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); }
（3） doAcquireSharedInterruptibly源代码如下：
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { /* * 创建CLH队列的node节点，Node.SHARED表示该节点为共享锁 */ final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { for (;;) { //获取该节点的前继节点 final Node p = node.predecessor(); //当p为头节点时，基于公平锁机制，线程尝试获取锁 if (p == head) { //尝试获取锁 int r = tryAcquireShared(arg); if (r >= 0) { setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC failed = false; return; } } //判断当前线程是否需要阻塞，如果阻塞的话，则一直处于阻塞状态知道获取共享锁为止 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) throw new InterruptedException(); } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }
doAcquireSharedInterruptibly主要是做两个工作；1、尝试获取共享锁，2、阻塞线程直到线程获取共享锁。
非公平锁
对于非公平锁就简单多了，她没有那些所谓的要判断是不是CLH队列的列头，如下：
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) { for (;;) { int available = getState(); int remaining = available - acquires; if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; } }
在非公平锁中，tryAcquireShared直接调用AQS的nonfairTryAcquireShared()。通过上面的代码我可看到非公平锁并没有通过if (hasQueuedPredecessors())这样的条件来判断该节点是否为CLH队列的头节点，而是直接判断信号量。
信号量的释放：release()
信号量Semaphore的释放和获取不同，它没有分公平锁和非公平锁。如下：
public void release() { sync.releaseShared(1); } public final boolean releaseShared(int arg) { //尝试释放共享锁 if (tryReleaseShared(arg)) { doReleaseShared(); return true; } return false; }
注意：release()释放线索所占有的共享锁，它首先通过tryReleaseShared尝试释放共享锁，如果成功直接返回，如果失败则调用doReleaseShared来释放共享锁。
tryReleaseShared：源码部分：
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { int current = getState(); //信号量的许可数 = 当前信号许可数 + 待释放的信号许可数 int next = current + releases; if (next < current) // overflow throw new Error("Maximum permit count exceeded"); //设置可获取的信号许可数为next if (compareAndSetState(current, next)) return true; } }
doReleaseShared：源码部分：
private void doReleaseShared() { for (;;) { //node 头节点 Node h = head; //h != null,且h != 尾节点 if (h != null && h != tail) { //获取h节点对应线程的状态 int ws = h.waitStatus; //若h节点状态为SIGNAL，表示h节点的下一个节点需要被唤醒 if (ws == Node.SIGNAL) { //设置h节点状态 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; //唤醒h节点对应的下一个节点 unparkSuccessor(h); } //若h节点对应的状态== 0 ，则设置“文件点对应的线程所拥有的共享锁”为其它线程获取锁的空状态 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; } //h == head时，则退出循环，若h节点发生改变时则循环继续 if (h == head) break; } }
多线程之Semaphore(信号量)应用
Semaphore是一个计数信号量，常用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）线程数目。
常用函数：
信号量的构造函数
非公平：
public Semaphore(int permits);//permits就是允许同时运行的线程数目
公平（获得锁的顺序与线程启动顺序有关）：
public Semaphore(int permits,boolean fair);//permits就是允许同时运行的线程数目
创建一个信号量
Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
从信号量中获取一个许可
semaphore.acquire();
释放一个许可(在释放许可之前，必须先获获得许可。)
semaphore.release();
尝试获取一个许可，若获取成功返回true，若获取失败返回false
semaphore.tryAcquire();
所有函数：
// 创建具有给定的许可数和非公平的公平设置的 Semaphore。 Semaphore(int permits) // 创建具有给定的许可数和给定的公平设置的 Semaphore。 Semaphore(int permits, boolean fair) // 从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断。 void acquire() // 从此信号量获取给定数目的许可，在提供这些许可前一直将线程阻塞，或者线程已被中断。 void acquire(int permits) // 从此信号量中获取许可，在有可用的许可前将其阻塞。 void acquireUninterruptibly() // 从此信号量获取给定数目的许可，在提供这些许可前一直将线程阻塞。 void acquireUninterruptibly(int permits) // 返回此信号量中当前可用的许可数。 int availablePermits() // 获取并返回立即可用的所有许可。 int drainPermits() // 返回一个 collection，包含可能等待获取的线程。 protected Collection<Thread> getQueuedThreads() // 返回正在等待获取的线程的估计数目。 int getQueueLength() // 查询是否有线程正在等待获取。 boolean hasQueuedThreads() // 如果此信号量的公平设置为 true，则返回 true。 boolean isFair() // 根据指定的缩减量减小可用许可的数目。 protected void reducePermits(int reduction) // 释放一个许可，将其返回给信号量。 void release() // 释放给定数目的许可，将其返回到信号量。 void release(int permits) // 返回标识此信号量的字符串，以及信号量的状态。 String toString() // 仅在调用时此信号量存在一个可用许可，才从信号量获取许可。 boolean tryAcquire() // 仅在调用时此信号量中有给定数目的许可时，才从此信号量中获取这些许可。 boolean tryAcquire(int permits) // 如果在给定的等待时间内此信号量有可用的所有许可，并且当前线程未被中断，则从此信号量获取给定数目的许可。 boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) // 如果在给定的等待时间内，此信号量有可用的许可并且当前线程未被中断，则从此信号量获取一个许可。 boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
代码实例：
假设有10个人在银行办理业务，只有2个工作窗口，代码实现逻辑如下
package com..concurrency.yuxin.demo; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.joda.time.DateTime; import org.joda.time.format.DateTimeFormat; import org.joda.time.format.DateTimeFormatter; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; @Slf4j public class SemaphoreDemo { // 排队总人数（请求总数） public static int clientTotal = 10; // 可同时受理业务的窗口数量（同时并发执行的线程数） public static int threadTotal = 2; public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal); for (int i = 0; i < clientTotal; i++) { final int count = i; executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(1); resolve(count); semaphore.release(1); } catch (Exception e) { log.error("exception", e); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); } private static void resolve(int i) throws InterruptedException { log.info("服务号{}，受理业务中。。。", i); Thread.sleep(2000); } }
输出结果：
21:39:10.038 [pool-1-thread-1] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号0，受理业务中。。。
21:39:10.038 [pool-1-thread-2] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号1，受理业务中。。。
21:39:12.043 [pool-1-thread-4] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号3，受理业务中。。。
21:39:12.043 [pool-1-thread-3] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号2，受理业务中。。。
21:39:14.044 [pool-1-thread-6] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号5，受理业务中。。。
21:39:14.044 [pool-1-thread-5] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号4，受理业务中。。。
21:39:16.045 [pool-1-thread-7] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号6，受理业务中。。。
21:39:16.045 [pool-1-thread-8] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号7，受理业务中。。。
21:39:18.045 [pool-1-thread-10] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号9，受理业务中。。。
21:39:18.045 [pool-1-thread-9] INFO com.concurrency.yuxin.demo.SemaphoreDemo - 服务号8，受理业务中。。。从输出结果可以看出，每隔两秒，有两个线程被执行
参考博客：