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Java并发多线程同步

最近遇到了多线程并发同步问题,找到了java.util.concurrent包下的CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore这三个类。
CountDownLatch可以实现类似计数器的功能,例如线程A需要等待B、C、D三个线程执行完成之后才可以执行。
CyclicBarrier可以实现让一组(多个)线程等待至某个状态之后再全部同时执行,当所有线程都被释放以后,CyclicBarrier可以被重用。
Semaphore可以控制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。

CountDownLatch

CountDownLatch类只有一个构造方法:

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public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}

这里的count是一个计数值,表示要等待多少任务,每次调用该对象示例的countDown()方法,该值都会减1,当count为0时表示没有需要等待的任务。常用的方法如下:

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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
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
public void countDown() { }; //将count值减1

示例如下:

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public static void testCountDownLatch() {
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
new Thread("one") {
public void run() {
try {
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在执行");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");
latch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
};
}.start();
new Thread("two") {
public void run() {
try {
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在执行");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");
latch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
};
}.start();

try {
System.out.println("等待2个线程执行完成");
latch.await();
System.out.println("子线程已经执行完毕");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

CyclicBarrier

该类有两个构造方法

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public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
public CyclicBarrier(int parties)

参数parties是指让多少个线程或者任务等待至barrier状态,参数barrierAction是当这些线程都到达barrier状态后会执行的内容。
该类里面有两个比较重要的方法:

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public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

无参的方法比较常用,用来挂起当前线程,直到所有线程都达到barrier状态再同时执行后续任务。
有参的方法是让线程等待一定时间,如果线程还没有达到barrier状态,就让到达barrier状态的线程执行后续任务。
示例如下:

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static void testCyclicBarrier() {
// CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5,new Runnable() {

@Override
public void run() {
System.out.println("所有线程执行完毕,随机挑选一个线程来执行打印");
System.out.println("挑选的线程为" + Thread.currentThread().getName());

}
});
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Writer(barrier, "thread:" + i).start();
}

}

static class Writer extends Thread {
private CyclicBarrier cyclicBarrier;

public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier, String threadName) {
this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
if (threadName != null) {
this.setName(threadName);
}

}

@Override
public void run() {

try {
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在作业中");
Thread.sleep(5000);
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "作业完成");
cyclicBarrier.await();
System.out.println("所有线程作业完毕,线程" + Thread.currentThread().getName() + "继续理其他任务");

} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {

e.printStackTrace();
}

}

}

值得注意的是,CyclicBarrier是可以重用的。

Semaphore

该类提供了两个构造器:

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public 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
sync = new NonfairSync(permits);
}
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
sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

下面是该类中比较重要的几个方法,首先是acquire()、release():

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public void acquire() throws InterruptedException {  }     //获取一个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可
public void release() { } //释放一个许可
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:

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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
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
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
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。
假如5个线程要使用3个资源,示例如下:

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static void testSemaphore() {
int N = 5; //线程数
Semaphore semaphore = new Semaphore(3); //资源数目
for(int i=0;i<N;i++)
new Worker("线程" +i,semaphore).start();
}

static class Worker extends Thread {

private Semaphore semaphore;

public Worker(String name, Semaphore semaphore) {
super();
this.setName(name);
this.semaphore = semaphore;
}

@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName() + "占用一个资源");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName() + "释放一个资源");
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

}

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。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。


以上