一、CountDownLatch

【1】CountDownLatch是什么？

CountDownLatch，英文翻譯為倒計時鎖存器，是一個同步輔助類，在完成一組正在其他線程中執(zhí)行的操作之前，它允許一個或

多個線程一直等待。

閉鎖可以延遲線程的進度直到其到達終止狀態(tài)，閉鎖可以用來確保某些活動直到其他活動都完成才繼續(xù)執(zhí)行：

• 確保某個計算在其需要的所有資源都被初始化之后才繼續(xù)執(zhí)行;
• 確保某個服務(wù)在其依賴的所有其他服務(wù)都已經(jīng)啟動之后才啟動;
• 等待直到某個操作所有參與者都準備就緒再繼續(xù)執(zhí)行；

CountDownLatch有一個正數(shù)計數(shù)器，countDown()方法對計數(shù)器做減操作，await()方法等待計數(shù)器達到0。所有await的線程都會阻塞直到計數(shù)器為0或者等待線程中斷或者超時。

閉鎖(倒計時鎖)主要用來保證完成某個任務(wù)的先決條件滿足。是一個同步工具類，用來協(xié)調(diào)多個線程之間的同步。這個工具通常用來控制線程等待，它可以讓某一個線程等待直到倒計時結(jié)束，再開始執(zhí)行。

【2】CountDownLatch的兩種典型用法

①某一線程在開始運行前等待n個線程執(zhí)行完畢。

將 CountDownLatch 的計數(shù)器初始化為n ：new CountDownLatch(n)，每當一個任務(wù)線程執(zhí)行完畢，就將計數(shù)器減1 countdownlatch.countDown()，當計數(shù)器的值變?yōu)?時，在CountDownLatch上 await() 的線程就會被喚醒。一個典型應(yīng)用場景就是啟動一個服務(wù)時，主線程需要等待多個組件加載完畢，之后再繼續(xù)執(zhí)行。

②實現(xiàn)多個線程開始執(zhí)行任務(wù)的最大并行性。

注意是并行性，不是并發(fā)，強調(diào)的是多個線程在某一時刻同時開始執(zhí)行。類似于賽跑，將多個線程放到起點，等待發(fā)令槍響，然后同時開跑。做法是初始化一個共享的 CountDownLatch 對象，將其計數(shù)器初始化為 1 ：new CountDownLatch(1)，多個線程在開始執(zhí)行任務(wù)前首先 coundownlatch.await()，當主線程調(diào)用 countDown() 時，計數(shù)器變?yōu)?，多個線程同時被喚醒。

如下例所示，在多線程運行的情況下，計算多線程耗費的時間：

public class TestCountDownLatch {
  //CountDownLatch 為唯一的、共享的資源
  static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);

  static class LatchDemo extends Thread{
    @Override
    public void run() {
      int sum = 0;
      for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        sum++;
      }
      System.out.println(getName()+"計算結(jié)果："+sum);
      countDownLatch.countDown();
    }
  }
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    long begin = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("開始了-----"+begin);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      new LatchDemo().start();
    }
    countDownLatch.await();

    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("結(jié)束了-----"+end);
    System.out.println("總共用時："+(end-begin));
  }
}

/**
開始了-----1571144894551
Thread-3計算結(jié)果：1000000
Thread-0計算結(jié)果：1000000
Thread-1計算結(jié)果：1000000
Thread-2計算結(jié)果：1000000
Thread-4計算結(jié)果：1000000
結(jié)束了-----1571144894559
總共用時：8
*/

二、CyclicBarrier

【1】CyclicBarrier是什么？
​ CyclicBarrier即柵欄類，與CountDownLatch類似。它能阻塞一組線程直到某個事件的發(fā)生。柵欄與閉鎖的關(guān)鍵區(qū)別在于，所有的線程必須同時到達柵欄位置，才能繼續(xù)執(zhí)行。

​ CyclicBarrier可以使一定數(shù)量的線程反復(fù)地在柵欄位置處匯集。當線程到達柵欄位置時將調(diào)用await方法，這個方法將阻塞直到所有線程都到達柵欄位置。如果所有線程都到達柵欄位置，那么柵欄將打開，此時所有的線程都將被釋放，而柵欄將被重置以便下次使用。

【2】CyclicBarrier構(gòu)造方法

public CyclicBarrier(int parties) {
  this(parties, null);
}

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
  if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
  this.parties = parties;
  this.count = parties;
  this.barrierCommand = barrierAction;
}

CyclicBarrier默認的構(gòu)造方法是CyclicBarrier(int parties)，其參數(shù)表示屏障攔截的線程數(shù)量，每個線程使用await()方法告訴CyclicBarrier我已經(jīng)到達了屏障，然后當前線程被阻塞。

CyclicBarrier的另一個構(gòu)造函數(shù)CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于線程到達屏障時，優(yōu)先執(zhí)行barrierAction，方便處理更復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景。

【3】CyclicBarrier應(yīng)用示例

public class CyclicBarrierTest {
  // 自定義工作線程
  private static class Worker extends Thread {
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;
    
    public Worker(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
      this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }
    
    @Override
    public void run() {
      super.run();
      
      try {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始等待其他線程");
        cyclicBarrier.await();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "開始執(zhí)行");
        // 工作線程開始處理，這里用Thread.sleep()來模擬業(yè)務(wù)處理
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執(zhí)行完畢");
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
 
  public static void main(String[] args) {
    int threadCount = 3;
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(threadCount);
    
    for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
      System.out.println("創(chuàng)建工作線程" + i);
      Worker worker = new Worker(cyclicBarrier);
      worker.start();
    }
  }
}
/**
創(chuàng)建工作線程0
創(chuàng)建工作線程1
Thread-0開始等待其他線程
創(chuàng)建工作線程2
Thread-1開始等待其他線程
Thread-2開始等待其他線程
Thread-2開始執(zhí)行
Thread-0開始執(zhí)行
Thread-1開始執(zhí)行
Thread-1執(zhí)行完畢
Thread-0執(zhí)行完畢
Thread-2執(zhí)行完畢
*/

在上述代碼中，我們自定義的工作線程必須要等所有參與線程開始之后才可以執(zhí)行，我們可以使用CyclicBarrier類來幫助我們完成。從程序的執(zhí)行結(jié)果中也可以看出，所有的工作線程都運行await()方法之后都到達了柵欄位置，然后，3個工作線程才開始執(zhí)行業(yè)務(wù)處理。

【4】CyclicBarrier和CountDownLatch的區(qū)別

• CountDownLatch的計數(shù)器只能使用一次，而CyclicBarrier的計數(shù)器可以使用reset()方法重置，可以使用多次，所以CyclicBarrier能夠處理更為復(fù)雜的場景；
• CyclicBarrier還提供了一些其他有用的方法，比如getNumberWaiting()方法可以獲得CyclicBarrier阻塞的線程數(shù)量，isBroken()方法用來了解阻塞的線程是否被中斷；
• CountDownLatch允許一個或多個線程等待一組事件的產(chǎn)生，而CyclicBarrier用于等待其他線程運行到柵欄位置。

三、Semaphore

【1】Semaphore是什么？
信號量(Semaphore)，又被稱為信號燈，在多線程環(huán)境下用于協(xié)調(diào)各個線程, 以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。信號量維護了一個許可集，我們在初始化Semaphore時需要為這個許可集傳入一個數(shù)量值，該數(shù)量值代表同一時間能訪問共享資源的線程數(shù)量。

【2】Semaphore基本用法

線程可以通過acquire()方法獲取到一個許可，然后對共享資源進行操作，注意如果許可集已分配完了，那么線程將進入等待狀態(tài)，直到其他線程釋放許可才有機會再獲取許可，線程釋放一個許可通過release()方法完成，"許可"將被歸還給Semaphore。

【3】Semaphore實現(xiàn)互斥鎖

public class TestSemaphore {
  //初始化為1，互斥信號量
  private final static Semaphore mutex = new Semaphore(1);

  static class thread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
      try {
        mutex.acquire();
        System.out.println(getName()+"開始工作");
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }finally {
        //使用完成釋放鎖
        mutex.release();
        System.out.println("鎖釋放!!!");
      }
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      new Thread(new thread(),String.valueOf(i)).start();
    }
  }
}

創(chuàng)建一個數(shù)量為1的互斥信號量Semaphore，然后并發(fā)執(zhí)行10個線程，在線程中利用Semaphore控制線程的并發(fā)執(zhí)行，因為信號量數(shù)值只有1，因此每次只能一條線程執(zhí)行，其他線程進入等待狀態(tài)。

四、Callable、Future和FutureTask

Future接口，一般都是取回Callable執(zhí)行的狀態(tài)用的。其中的主要方法：

• cancel，取消Callable的執(zhí)行，當Callable還沒有完成時
• get，獲得Callable的返回值
• isCanceled，判斷是否取消了
• isDone，判斷是否完成

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