Java多线程并发系列之闭锁（Latch）和栅栏（CyclicBarrier）

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JAVA并发包中有三个类用于同步一批线程的行为，分别是闭锁（Latch），信号灯（Semaphore）和栅栏（CyclicBarrier）。本贴主要说明闭锁（Latch）和栅栏（CyclicBarrier）。

1. 闭锁（Latch）

闭锁（Latch）  —— 确保多个线程在完成各自事务后，才会打开继续执行后面的内容，否则一直等待。

计数器闭锁（CountDownLatch） —— 是JDK5+ 里面闭锁的一个实现，允许一个或多个线程等待某个事件的发生。CountDownLatch  有个正数的计数器，countDown(); 对计数器做减法操作，await(); 等待计数器 = 0。所有await的线程都会阻塞，直到计数器为0或者等待线程中断或者超时。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 申明，等待事件数量 5次
        CountDownLatch await = new CountDownLatch(5);
 
        // 依次创建并启动处于等待状态的5个MyRunnable线程
        for (int i = 1; i < 6; ++i) {
            new Thread(new MyRunnable(await, i)).start();
        }
 
        System.out.println("等待线程开始工作......");
        await.await();
        System.out.println("结束!");
}

public static class MyRunnable implements Runnable {
 
    private final CountDownLatch await;
    private final int num;
 
    public MyRunnable(CountDownLatch await, int num) {
        this.await = await;
        this.num  =  num;
    }
 
    public void run() {
        try {
            System.out.println("线程"+num+"执行完毕。");
            await.countDown(); // 当前事件执行完毕，计数 -1
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
} 

运行结果：
等待线程开始工作......
线程1执行完毕。
线程2执行完毕。
线程3执行完毕。
线程4执行完毕。
线程5执行完毕。
结束!

流程如图所示：

 图1 - CountDownLatch 处理流程

 

2. 栅栏（CyclicBarrier）

栅栏类似于闭锁，它能阻塞一组线程直到某个事件发生。 栅栏与闭锁的关键区别在于，所有的线程必须同时到达栅栏位置，才能继续执行。闭锁用于等待事件，而栅栏用于等待其他线程。

场景： 比如甲乙丙三人一把椅子，甲做椅子腿，乙做椅子面，丙做椅子靠背。等3人都做成后，就可以组装成椅子了。这是一种并行迭代，将一个问题分成很多子问题，当一系列的子问题都解决之后（所有子问题线程都已经await(); ），此时将栅栏打开，所有子问题线程被释放，而栅栏位置可以留着下次使用。

 示例如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    // 申明，等待线程数量 3次
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);

    // 依次创建并启动处于等待状态的3个MyRunnable2线程
    new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子腿")).start();
    new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子面")).start();
    new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子背")).start();
}

public static class ChairRunnable implements Runnable {
    private final CyclicBarrier cyclicBarrier;
    private final String event;

    public ChairRunnable(CyclicBarrier cyclicBarrier, String event) {
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        this.event = event;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println("开始做【" + event + "】。");
            Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
            cyclicBarrier.await(); // 等待其他线程完成
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("【" + event + "】做好了， 我们来一起组装吧！");
    }
}

运行结果：
开始做【椅子腿】。
开始做【椅子背】。
开始做【椅子面】。
【椅子面】做好了， 我们来一起组装吧！
【椅子腿】做好了， 我们来一起组装吧！
【椅子背】做好了， 我们来一起组装吧！

流程如下图所示：

图2 - CyclicBarrier 处理流程