并发工具类——CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore与Exchanger
在并发包java.util.concurrent中提供了一些并发工具类。CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore工具类提供了一种并发流程控制的手段，而Exchanger工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段。
1. CountDownLatch（线程计数器）
CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
案例场景：
解析一个Excel中的多个sheet数据。考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet数据，等到所有sheet解析完成，程序需要提示解析完成。
方法1：采用join()方法。join用于让当前执行线程等待join线程执行结束，直到join线程终止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用。
public class JoinDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread parser1 = new Thread(() -> {});
Thread parser2 = new Thread(() -> System.out.println("parser2 finish"));
parser1.start();
parser2.start();
parser1.join();
parser2.join();
System.out.println("all parser finish");
}
}
方法2：采用CountDownLatch
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
for (int i = 1; i <= 2; i++) {
new Thread(() -> {
System.out.println("parser" + Thread.currentThread().getName() + "正在处理...");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("parser" + Thread.currentThread().getName() + "处理完毕...");
c.countDown();
}, String.valueOf(i)).start();
}
c.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": all parser finish");
}
}
结果：
CountDownLatch的构造函数传入一个int类型参数作为计数器。当调用countDown()方法时，计数器减一，await()方法会阻塞当前线程直到计数器的值减为0。另外，为了避免某一个线程执行时间过长，可以用await(long time，TimeUnit unit)方法指定等待时间，超过等待时间后就会不再阻塞当前线程。
2. CyclicBarrier（循环栅栏）
CyclicBarrier字面意思是可循环使用的屏障。作用是：让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会打开，所有被屏障拦截的线程才会继续允许。
CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties)，参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await()方法告诉CyclicBarrier已经到达屏障，然后当前线程被阻塞。下例中当主线程和子线程都到达CyclicBarrier，屏障打开。
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierDemo01 {
public static void main(String[] args) {
int N = 2;
CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(N);
new Thread(() -> {
try {
c.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(1);
}).start();
try {
c.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(2);
}
}
同时CyclicBarrier还提供更高级的构造方法CyclicBarrier(int parties, Runnalbe barrierAction)，用于再线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便更复杂的业务场景。
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierDemo02 {
public static void main(String[] args) {
int N = 2;
CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(N, new MyThread());
new Thread(() -> {
try {
c.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(1);
}).start();
try {
c.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(2);
}
static class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(3);
}
}
}
当所有线程到达CyclicBarrier后，屏障打开，优先执行MyThread，然后再执行其它线程。
CyclicBarrier和CountDownLatch的区别：
CountDownLatch的计数器只能用1次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置处理更复杂的业务场景。
3. Semaphore（信号量）
Semaphore可以指定多个线程同时访问某个资源，synchronized和ReentrantLock都是一次允许一个线程访问某个资源。
应用场景：用于流量控制。
案例：：若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemaphoreDemo {
private static final int WORKER_COUNT = 8;
private static Semaphore s = new Semaphore(5);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <= WORKER_COUNT; i++) {
new Worker(i, s).start();
}
}
static class Worker extends Thread {
private int num;
private Semaphore semaphore;
public Worker(int num, Semaphore semaphore) {
this.num = num;
this.semaphore = semaphore;
}
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("Worker" + this.num + " is working on a machine.");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("Worker" + this.num + " has finished the work and released the machine.");
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
运行结果：
使用Semaphore的过程中，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。
4. Exchanger（线程间交换数据）
Exchanger是一个用于线程间协作的工具类，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，两个线程可以交换彼此的数据。
采用exchange()方法来交换数据：若第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange()方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出的数据传递给对方。
案例：队伍的选手交易
import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ExchangerDemo {
private static final Exchanger<String> EXGR = new Exchanger<>();
public static void main(String[] args) {
ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
es.execute(new PlayerExchange("T1", "P1", EXGR));
es.execute(new PlayerExchange("T2", "P2", EXGR));
es.execute(new PlayerExchange("T3", "P3", EXGR));
es.execute(new PlayerExchange("T4", "P4", EXGR));
es.execute(new PlayerExchange("T5", "P5", EXGR));
es.execute(new PlayerExchange("T6", "P6", EXGR));
es.shutdown();
}
static class PlayerExchange extends Thread {
private String teamName;
private String playernName;
private Exchanger<String> exchanger;
public PlayerExchange(String teamName, String playerName, Exchanger<String> exchanger) {
this.teamName = teamName;
this.playernName = playerName;
this.exchanger = exchanger;
}
@Override
public void run() {
Trade(teamName, playernName, exchanger);
}
public static void Trade (String teamName, String playerName, Exchanger<String> exchanger) {
try {
System.out.println(teamName + "在交易截止前把" + playerName + "交易出去");
Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
System.out.println(teamName + "交易得到" + exchanger.exchange(playerName));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
如果两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)设置最大等待时长。