JAVA并发工具类---------------(CountDownLatch和CyclicBarrier)

CountDownLatch是什么

CountDownLatch，英文翻译为倒计时锁存器，是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。

闭锁可以延迟线程的进度直到其到达终止状态，闭锁可以用来确保某些活动直到其他活动都完成才继续执行：

• 确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行;
• 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动;
• 等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。

CountDownLatch有一个正数计数器，countDown()方法对计数器做减操作，await()方法等待计数器达到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。

闭锁(倒计时锁)主要用来保证完成某个任务的先决条件满足。是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待，它可以让某一个线程等待直到倒计时结束，再开始执行。

CountDownLatch 的两种典型用法

一：某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。

将 CountDownLatch 的计数器初始化为n ：new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownlatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上 await() 的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

二：实现多个线程开始执行任务的最大并行性。

注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的 CountDownLatch 对象，将其计数器初始化为 1 ：new CountDownLatch(1)，多个线程在开始执行任务前首先 coundownlatch.await()，当主线程调用 countDown() 时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。
 

CountDownLatch 方法示例

方法功能:模拟项目完成--3个同事做ui，做完ui给另外2个同事做前端:
主线程

package CountDownLatchTest;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
* @Description:模拟项目完成--3个同事做ui，做完ui给另外2个同事做前端:
 * 要求UI将图片全部画完之后 才能交付给前端
* @Param:
* @return:
* @Date: 2019/9/17
*/
public class CountDownLatchDemo   {


    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatch UIcountDownLatch =new CountDownLatch(3);
        CountDownLatch JScountDownLatch =new CountDownLatch(2);

        System.out.println("项目开始做了");
        ExecutorService executor=Executors.newFixedThreadPool(5);
        UIPeople uiPeople=new UIPeople(UIcountDownLatch);
        JSPeople jsPeople=new JSPeople(JScountDownLatch);
        try {
        //3个UI开始工作
        for (int i = 0; i <3 ; i++) {
            executor.submit(uiPeople);
        }
        // 等待3个UI工作进行完成
        UIcountDownLatch.await();
        System.out.println("UI工作全部完成");
        //2个前端开始工作
        for (int i = 0; i <2 ; i++) {
            executor.submit(jsPeople);
        }
        // 等待2个前端工作进行完成
         JScountDownLatch.await();
            System.out.println("前端工作全部完成");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("项目做完了");
    }
}

UI工作人员类

package CountDownLatchTest;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class UIPeople implements Runnable {
    private CountDownLatch latch;

    public UIPeople(CountDownLatch latch) {
        this.latch = latch;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            Thread.sleep(new Random().nextInt(10)*1000);
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"界面画完了用时:"+(end-start)+"ms");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //工做做完了计时器减一
            latch.countDown();
        }
    }
}

前端工作人员

package CountDownLatchTest;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
* @Description: 前端人员
* @Param:
* @return:
* @Date: 2019/9/17
*/
public class JSPeople implements Runnable{

    private CountDownLatch latch;

    public JSPeople(CountDownLatch latch) {
        this.latch = latch;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            Thread.sleep(new Random().nextInt(10)*1000);
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"根据图片将前端页面画完了:"+(end-start)+"ms");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //工做做完了计时器减一
            latch.countDown();
        }
    }
}

上面示例解释


首先使用5个线程池表示5个人员，2个CountDownLatch表示前端人员和UI人员的工作，首先UI人员进行工作，因为每个人员工作时间是不一样的,但是不管他们工作时间的长短，都会停在UIcountDownLatch.await()这个方法，
等待所有的UI人员工作进行完成，而我们是怎么职到UI人员是怎么做的呢？由上面代码可知在UI成员的线程的任务里最后都执行到latch.countDown()时，在调用这个方法时主线程的计数器会减一，当主线程的countDownLatch
计数器为0时，代表所有的UI成员任务都执行成功了，然后主线程继续执行下一步，前端人员同理。

CyclicBarrier简介

CyclicBarrier，是JDK1.5的java.util.concurrent并发包中提供的一个并发工具类。

所谓Cyclic即 循环 的意思，所谓Barrier即 屏障 的意思。

所以综合起来，CyclicBarrier指的就是 循环屏障，虽然这个叫法很奇怪，但是确能很好地表示它的作用。

CyclicBarrier方法说明

——CyclicBarrier(parties)

　　初始化相互等待的线程数量的构造方法。

——CyclicBarrier(parties,Runnable barrierAction)

　　初始化相互等待的线程数量以及屏障线程的构造方法。

屏障线程的运行时机：等待的线程数量=parties之后，CyclicBarrier打开屏障之前。

举例：在分组计算中，每个线程负责一部分计算，最终这些线程计算结束之后，交由屏障线程进行汇总计算。

——getParties()

　　获取CyclicBarrier打开屏障的线程数量，也成为方数。

——getNumberWaiting()

　　获取正在CyclicBarrier上等待的线程数量。

——await()

　　在CyclicBarrier上进行阻塞等待，直到发生以下情形之一：

• 在CyclicBarrier上等待的线程数量达到parties，则所有线程被释放，继续执行。
• 当前线程被中断，则抛出InterruptedException异常，并停止等待，继续执行。
• 其他等待的线程被中断，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
• 其他等待的线程超时，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
• 其他线程调用CyclicBarrier.reset()方法，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。

——await(timeout,TimeUnit)

　　在CyclicBarrier上进行限时的阻塞等待，直到发生以下情形之一：

• 在CyclicBarrier上等待的线程数量达到parties，则所有线程被释放，继续执行。
• 当前线程被中断，则抛出InterruptedException异常，并停止等待，继续执行。
• 当前线程等待超时，则抛出TimeoutException异常，并停止等待，继续执行。
• 其他等待的线程被中断，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
• 其他等待的线程超时，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
• 其他线程调用CyclicBarrier.reset()方法，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。

——isBroken()

　　获取是否破损标志位broken的值，此值有以下几种情况：

• CyclicBarrier初始化时，broken=false，表示屏障未破损。
• 如果正在等待的线程被中断，则broken=true，表示屏障破损。
• 如果正在等待的线程超时，则broken=true，表示屏障破损。
• 如果有线程调用CyclicBarrier.reset()方法，则broken=false，表示屏障回到未破损状态。

——reset()

　　使得CyclicBarrier回归初始状态，直观来看它做了两件事：

• 如果有正在等待的线程，则会抛出BrokenBarrierException异常，且这些线程停止等待，继续执行。
• 将是否破损标志位broken置为false。

CyclicBarrier方法练习

主线程

package CyclicBarrierTest;


import javafx.concurrent.Worker;

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

/**
* @Description:
* @Param:
* @return:   一个会议要等10个人都在的时候才能开始开
* @Date: 2019/9/17
*/
public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(10);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("开始进场" + i);
            People people = new People(cyclicBarrier);
            new Thread(people).start();
        }

    }
}

人员类

package CyclicBarrierTest;

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class People implements Runnable {

    private CyclicBarrier cyclicBarrier;

    public People(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进成功开始等待其他人，当前有"+cyclicBarrier.getNumberWaiting()+"人在等待");
            cyclicBarrier.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始开会");
            // 工作线程开始处理，这里用Thread.sleep()来模拟业务处理
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开会完毕");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

执行结果

D:javajdk1.8injava.exe "-javaagent:D:ideaaIntelliJ IDEA 2018.1.2libidea_rt.jar=57236:D:ideaaIntelliJ IDEA 2018.1.2in" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:javajdk1.8jrelibcharsets.jar;D:javajdk1.8jrelibdeploy.jar;D:javajdk1.8jrelibextaccess-bridge-32.jar;D:javajdk1.8jrelibextcldrdata.jar;D:javajdk1.8jrelibextdnsns.jar;D:javajdk1.8jrelibextjaccess.jar;D:javajdk1.8jrelibextjfxrt.jar;D:javajdk1.8jrelibextlocaledata.jar;D:javajdk1.8jrelibext
ashorn.jar;D:javajdk1.8jrelibextsunec.jar;D:javajdk1.8jrelibextsunjce_provider.jar;D:javajdk1.8jrelibextsunmscapi.jar;D:javajdk1.8jrelibextsunpkcs11.jar;D:javajdk1.8jrelibextzipfs.jar;D:javajdk1.8jrelibjavaws.jar;D:javajdk1.8jrelibjce.jar;D:javajdk1.8jrelibjfr.jar;D:javajdk1.8jrelibjfxswt.jar;D:javajdk1.8jrelibjsse.jar;D:javajdk1.8jrelibmanagement-agent.jar;D:javajdk1.8jrelibplugin.jar;D:javajdk1.8jrelib
esources.jar;D:javajdk1.8jrelib
t.jar;E:gyf	argetclasses CyclicBarrierTest.CyclicBarrierDemo
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Thread-9开始开会
Thread-3开始开会
Thread-7开始开会
Thread-2开始开会
Thread-6开会完毕
Thread-7开会完毕
Thread-2开会完毕
Thread-4开会完毕
Thread-0开会完毕
Thread-3开会完毕
Thread-5开会完毕
Thread-8开会完毕
Thread-9开会完毕
Thread-1开会完毕

Process finished with exit code 0

上面是模拟10个人一起开会的情况，当第一个线程到最后第一个线程开始执行后，都会等待后续线程到达cyclicBarrier.await()时会停驶当前线程的任务，当所有线程执行到await时，并行开始进行下一布任务

CountDownLatch与CyclicBarrier的区别: 

CountDownLatch是一个同步的辅助类，允许一个或多个线程，等待其他一组线程完成操作，再继续执行。 
CyclicBarrier是一个同步的辅助类，允许一组线程相互之间等待，达到一个共同点，再继续执行。 
区别:

• CountDownLatch的计数器只能使用一次。而CyclicBarrier的计数器可以使用reset() 方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景，比如如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程们重新执行一次
• CyclicBarrier还提供getNumberWaiting(可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量)、isBroken(用来知道阻塞的线程是否被中断)等方法。
• CountDownLatch会阻塞主线程，CyclicBarrier不会阻塞主线程，只会阻塞子线程。