在java 1.5中，提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。
以下是本文目录大纲：
一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法
一.CountDownLatch用法
CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。
CountDownLatch类只提供了一个构造器：
1 public CountDownLatch(int count) { }; //参数count为计数值
然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：
1 public void await() throws InterruptedException { }; //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 2 public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) 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 3 public void countDown() { }; //将count值减1
下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2); 4 5 new Thread(){ 6 public void run() { 7 try { 8 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行"); 9 Thread.sleep(3000); 10 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕"); 11 latch.countDown(); 12 } catch (InterruptedException e) { 13 e.printStackTrace(); 14 } 15 }; 16 }.start(); 17 18 new Thread(){ 19 public void run() { 20 try { 21 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行"); 22 Thread.sleep(3000); 23 System.out.println("子线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行完毕"); 24 latch.countDown(); 25 } catch (InterruptedException e) { 26 e.printStackTrace(); 27 } 28 }; 29 }.start(); 30 31 try { 32 System.out.println("等待2个子线程执行完毕..."); 33 latch.await(); 34 System.out.println("2个子线程已经执行完毕"); 35 System.out.println("继续执行主线程"); 36 } catch (InterruptedException e) { 37 e.printStackTrace(); 38 } 39 } 40 }
执行结果：
1 线程Thread-0正在执行 2 线程Thread-1正在执行 3 等待2个子线程执行完毕... 4 线程Thread-0执行完毕 5 线程Thread-1执行完毕 6 2个子线程已经执行完毕 7 继续执行主线程
二.CyclicBarrier用法
字面意思回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：
1 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { 2 } 3 4 public CyclicBarrier(int parties) { 5 }
参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：
1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { }; 2 public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
第一个版本比较常用，用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务；
第二个版本是让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。
下面举几个例子就明白了：
假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 4; 4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); 5 for(int i=0;i<N;i++) 6 new Writer(barrier).start(); 7 } 8 static class Writer extends Thread{ 9 private CyclicBarrier cyclicBarrier; 10 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { 11 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; 12 } 13 14 @Override 15 public void run() { 16 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); 17 try { 18 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 19 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); 20 cyclicBarrier.await(); 21 } catch (InterruptedException e) { 22 e.printStackTrace(); 23 }catch(BrokenBarrierException e){ 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); 27 } 28 } 29 }
执行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-3正在写入数据... 3 线程Thread-2正在写入数据... 4 线程Thread-1正在写入数据... 5 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 8 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 9 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 10 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 12 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。
当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。
如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 4; 4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N,new Runnable() { 5 @Override 6 public void run() { 7 System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName()); 8 } 9 }); 10 11 for(int i=0;i<N;i++) 12 new Writer(barrier).start(); 13 } 14 static class Writer extends Thread{ 15 private CyclicBarrier cyclicBarrier; 16 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { 17 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; 18 } 19 20 @Override 21 public void run() { 22 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); 23 try { 24 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 25 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); 26 cyclicBarrier.await(); 27 } catch (InterruptedException e) { 28 e.printStackTrace(); 29 }catch(BrokenBarrierException e){ 30 e.printStackTrace(); 31 } 32 System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); 33 } 34 } 35 }
运行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-1正在写入数据... 3 线程Thread-2正在写入数据... 4 线程Thread-3正在写入数据... 5 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 8 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 9 当前线程Thread-3 10 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 12 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 13 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
从结果可以看出，当四个线程都到达barrier状态后，会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。
下面看一下为await指定时间的效果：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 4; 4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); 5 6 for(int i=0;i<N;i++) { 7 if(i<N-1) 8 new Writer(barrier).start(); 9 else { 10 try { 11 Thread.sleep(5000); 12 } catch (InterruptedException e) { 13 e.printStackTrace(); 14 } 15 new Writer(barrier).start(); 16 } 17 } 18 } 19 static class Writer extends Thread{ 20 private CyclicBarrier cyclicBarrier; 21 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { 22 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; 23 } 24 25 @Override 26 public void run() { 27 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); 28 try { 29 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 30 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); 31 try { 32 cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS); 33 } catch (TimeoutException e) { 34 // TODO Auto-generated catch block 35 e.printStackTrace(); 36 } 37 } catch (InterruptedException e) { 38 e.printStackTrace(); 39 }catch(BrokenBarrierException e){ 40 e.printStackTrace(); 41 } 42 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); 43 } 44 } 45 }
执行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-2正在写入数据... 3 线程Thread-1正在写入数据... 4 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 5 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-3正在写入数据... 8 java.util.concurrent.TimeoutException 9 Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 10 Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 12 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 13 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 14 java.util.concurrent.BrokenBarrierException 15 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 16 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 17 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 18 java.util.concurrent.BrokenBarrierException 19 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 20 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 21 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 22 Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 23 java.util.concurrent.BrokenBarrierException 24 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 25 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) 26 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) 27 at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58) 28 Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
上面的代码在main方法的for循环中，故意让最后一个线程启动延迟，因为在前面三个线程都达到barrier之后，等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier，就抛出异常并继续执行后面的任务。
另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 4; 4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); 5 6 for(int i=0;i<N;i++) { 7 new Writer(barrier).start(); 8 } 9 10 try { 11 Thread.sleep(25000); 12 } catch (InterruptedException e) { 13 e.printStackTrace(); 14 } 15 16 System.out.println("CyclicBarrier重用"); 17 18 for(int i=0;i<N;i++) { 19 new Writer(barrier).start(); 20 } 21 } 22 static class Writer extends Thread{ 23 private CyclicBarrier cyclicBarrier; 24 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { 25 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; 26 } 27 28 @Override 29 public void run() { 30 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); 31 try { 32 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 33 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); 34 35 cyclicBarrier.await(); 36 } catch (InterruptedException e) { 37 e.printStackTrace(); 38 }catch(BrokenBarrierException e){ 39 e.printStackTrace(); 40 } 41 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); 42 } 43 } 44 } 45
执行结果：
1 线程Thread-0正在写入数据... 2 线程Thread-1正在写入数据... 3 线程Thread-3正在写入数据... 4 线程Thread-2正在写入数据... 5 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 6 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 7 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 8 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 9 Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 10 Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 11 Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 12 Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 13 CyclicBarrier重用 14 线程Thread-4正在写入数据... 15 线程Thread-5正在写入数据... 16 线程Thread-6正在写入数据... 17 线程Thread-7正在写入数据... 18 线程Thread-7写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 19 线程Thread-5写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 20 线程Thread-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 21 线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 22 Thread-4所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 23 Thread-5所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 24 Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 25 Thread-7所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
从执行结果可以看出，在初次的4个线程越过barrier状态后，又可以用来进行新一轮的使用。而CountDownLatch无法进行重复使用。
三.Semaphore用法
Semaphore翻译成字面意思为 信号量，Semaphore可以控同时访问的线程个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。
Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：
1 ublic Semaphore(int permits) { //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问 2 sync = new NonfairSync(permits); 3 } 4 public Semaphore(int permits, boolean fair) { //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可 5 sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); 6 }
下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
1 public void acquire() throws InterruptedException { } //获取一个许可 2 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可 3 public void release() { } //释放一个许可 4 public void release(int permits) { } //释放permits个许可
acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。
release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。
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：
1 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 2 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 3 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 4 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
另外还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。
下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用：
假若一个工厂有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。那么我们就可以通过Semaphore来实现：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 8; //工人数 4 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目 5 for(int i=0;i<N;i++) 6 new Worker(i,semaphore).start(); 7 } 8 9 static class Worker extends Thread{ 10 private int num; 11 private Semaphore semaphore; 12 public Worker(int num,Semaphore semaphore){ 13 this.num = num; 14 this.semaphore = semaphore; 15 } 16 17 @Override 18 public void run() { 19 try { 20 semaphore.acquire(); 21 System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产..."); 22 Thread.sleep(2000); 23 System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器"); 24 semaphore.release(); 25 } catch (InterruptedException e) { 26 e.printStackTrace(); 27 } 28 } 29 } 30 }
执行结果：
1 工人0占用一个机器在生产... 2 工人1占用一个机器在生产... 3 工人2占用一个机器在生产... 4 工人4占用一个机器在生产... 5 工人5占用一个机器在生产... 6 工人0释放出机器 7 工人2释放出机器 8 工人3占用一个机器在生产... 9 工人7占用一个机器在生产... 10 工人4释放出机器 11 工人5释放出机器 12 工人1释放出机器 13 工人6占用一个机器在生产... 14 工人3释放出机器 15 工人7释放出机器 16 工人6释放出机器
下面对上面说的三个辅助类进行一个总结：
1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：
CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；
而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；
另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
2）Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。
参考资料：
《Java编程思想》
http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html
http://leaver.me/archives/3220.html
http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm
http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329