多執行緒併發篇——三件兵器
阿新 • • 發佈：2018-11-27
筆者是廣州的java程式設計師，剛畢業半年，工作之餘寫部落格，如果覺得我的文章寫得不錯，可以關注我的微信公眾號（J2彬彬），裡面會有更多精彩內容。從2018年8月份開始寫部落格，希望日後寫出更多通俗易懂的技術文章與大家一同分享。
talk is cheap,show me the code
JUC其實是屬於執行緒知識的中高階部分，所以也是面試中面試官喜歡問的一塊知識點，這塊知識也能比較看出一個程式設計師的功底，今天筆者就跟大家講講CountDownLatch，CyclicBarrier，Semaphore這些知識點。大家在看到這些知識的時候，千萬不要一上來就摳細節，首先應該弄明白這些知識點時是幹什麼用的，用來解決什麼問題，適合應用於什麼樣的業務場景。如果這些東西都沒搞清楚就學，那麼你學完很快就會忘掉。
之前筆者也發過一些關於JUC方面的知識，但也就是一些Demo程式碼，並沒有細究，今天就是帶領大家：入虎穴，得虎子。
閉鎖CountDownLatch
如果把多個執行緒比喻成運動員，CountDownLatch相當於槍聲發令員，槍聲未響，所有執行緒都處於等待狀態，當CountDownLatch計數器變為0時
相當於槍聲發出，這時所有執行緒一同奔跑。與集齊七顆龍珠便可召喚神龍有異曲同工之妙。
1package com.bingo.thread.juc;
2
3/**
4 * Created with IntelliJ IDEA.
5
6 * User: bingo
7 * Date: 2018-11-25
8 * Time: 11:16
9 */
10import java.util.concurrent.CountDownLatch;
11import java.util.concurrent.ExecutorService;
12import java.util.concurrent.Executors;
13
14public
15
16 public static void main(String[]args) throws InterruptedException{
17 final CountDownLatch startGate=new CountDownLatch(1);
18 final CountDownLatch endGate=new CountDownLatch(5);
19 //執行緒池
20 ExecutorService exce=Executors.newCachedThreadPool();
21 //建立5個執行緒
22 for(int i=1;i<=5;i++){
23 final int num=i;
24 Thread thread =new Thread(new Runnable() {
25 public void run() {
26 try {
27 System.out.println(num+"號選手準備就緒,等待裁判員哨聲響起..");
28 //相當於同步鎖Synchronized中的await()方法
29 startGate.await();
30 try {
31 Thread.sleep((long) (Math.random()*10000));
32 } catch (InterruptedException e) {
33 e.printStackTrace();
34 }
35 System.out.println(num+"號選手到達終點..");
36 } catch (InterruptedException e) {
37 e.printStackTrace();
38 }
39 finally{
40 //相當於同步鎖Synchronized中的notify()方法,區別在於countDown需要執行5次後才能喚醒await()
41 endGate.countDown();
42 }
43 }
44 });
45 exce.execute(thread);
46 }
47 long start=System.nanoTime();
48 System.out.println("裁判員哨聲響起..");
49 Thread.sleep(10000);
50 //喚醒執行startGate.await()的執行緒,讓執行緒往下執行
51 startGate.countDown();
52 //等待被喚醒,主程式才能繼續往下執行,執行緒中每次執行endGate.countDown()就減1,當為零的時候,主程式往下執行
53 endGate.await();
54 long end=System.nanoTime();
55 System.out.println("所有運動員到達終點,耗時:"+(end-start));
56 //關閉執行緒池
57 exce.shutdown();
58 }
59}
複製程式碼執行結果
1裁判員哨聲響起..
21號選手準備就緒,等待裁判員哨聲響起..
32號選手準備就緒,等待裁判員哨聲響起..
43號選手準備就緒,等待裁判員哨聲響起..
54號選手準備就緒,等待裁判員哨聲響起..
65號選手準備就緒,等待裁判員哨聲響起..
73號選手到達終點..
81號選手到達終點..
94號選手到達終點..
105號選手到達終點..
112號選手到達終點..
12所有運動員到達終點,耗時:17708083042
13
14Process finished with exit code 0
複製程式碼CountDownLatch實時系統中的使用場景
- 實現最大的並行性：有時我們想同時啟動多個執行緒，實現最大程度的並行性。例如，我們想測試一個單例類。如果我們建立一個初始計數器為1的CountDownLatch，並讓其他所有執行緒都在這個鎖上等待，只需要呼叫一次countDown()方法就可以讓其他所有等待的執行緒同時恢復執行。
- 開始執行前等待N個執行緒完成各自任務：例如應用程式啟動類要確保在處理使用者請求前，所有N個外部系統都已經啟動和運行了。
- 死鎖檢測：一個非常方便的使用場景是你用N個執行緒去訪問共享資源，在每個測試階段執行緒數量不同，並嘗試產生死鎖。
迴圈屏障CyclicBarrier
CyclicBarrier與CountDownLatch非常相似，但是還是有一定區別。我們先看程式碼。
需求：人們（執行緒）先後到達餐桌上（某個點），但是不能動筷子（等待），所有人到齊才可以吃年夜飯（執行緒到齊才能一同執行）
1package com.bingo.thread.juc;
2
3import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
4import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
5
6public class CyclicBarrierDemo {
7
8 public static void main(String[] args) {
9 final int count = 5;
10 final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(count, new Runnable() {
11 @Override
12 public void run() {
13 System.out.println("人到齊，大家一起吃年夜飯!");
14 }
15 });
16
17 // they do not have to start at the same time...
18 for (int i = 0; i < count; i++) {
19 new Thread(new Worker(i, barrier)).start();
20 }
21 }
22}
23
24class Worker implements Runnable {
25 final int id;
26 final CyclicBarrier barrier;
27
28 public Worker(final int id, final CyclicBarrier barrier) {
29 this.id = id;
30 this.barrier = barrier;
31 }
32
33 @Override
34 public void run() {
35 try {
36 System.out.println(this.id + "starts to run !");
37 Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
38 System.out.println(this.id + "到桌 !");
39 this.barrier.await();
40 } catch (InterruptedException e) {
41 e.printStackTrace();
42 } catch (BrokenBarrierException e) {
43 e.printStackTrace();
44 }
45 }
46}
複製程式碼執行結果
10starts to run !
22starts to run !
31starts to run !
43starts to run !
54starts to run !
64到桌 !
73到桌 !
81到桌 !
92到桌 !
100到桌 !
11人到齊，大家一起吃年夜飯!
12
13Process finished with exit code 0
複製程式碼區別
- CountDownLatch減計數，CyclicBarrier加計數。
- CountDownLatch是一次性的，CyclicBarrier可以重用。
訊號量Semaphore
Semaphore與鎖類似，但是與鎖不同的是，Synchronized是獨佔式的，同一時刻只有一個執行緒能夠操作資源，而Semaphore允許指定的多個執行緒同時操作同個資源。它通過獲取許可，釋放許可來控制多個執行緒操作資源。
需求：假如現在網咖有5臺電腦，但是現在有8個人進入網咖，同一時間只能有5個人上機，而其中三個人主要等到其他人空出電腦的時候才能上機。
這時Semaphore就派上用場了。
1package com.bingo.thread.juc;
2
3import java.util.concurrent.Semaphore;
4
5public class SemaphoreDemo {
6 public static void main(String[] args) {
7 int N = 8; //學生數
8 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //電腦數目
9 for(int i=0;i<N;i++)
10 new Worker(i,semaphore).start();
11 }
12
13 static class Worker extends Thread{
14 private int num;
15 private Semaphore semaphore;
16 public Worker(int num,Semaphore semaphore){
17 this.num = num;
18 this.semaphore = semaphore;
19 }
20
21 @Override
22 public void run() {
23 try {
24 semaphore.acquire();
25 System.out.println("同學"+this.num+"佔用一臺電腦...");
26 Thread.sleep(2000);
27 System.out.println("--同學"+this.num+"離開電腦");
28 semaphore.release();
29 } catch (InterruptedException e) {
30 e.printStackTrace();
31 }
32 }
33 }
34}
複製程式碼執行結果
1同學0佔用一臺電腦...
2同學1佔用一臺電腦...
3同學2佔用一臺電腦...
4同學3佔用一臺電腦...
5同學4佔用一臺電腦...
6--同學0離開電腦
7--同學1離開電腦
8--同學4離開電腦
9--同學3離開電腦
10同學7佔用一臺電腦...
11--同學2離開電腦
12同學6佔用一臺電腦...
13同學5佔用一臺電腦...
14--同學7離開電腦
15--同學5離開電腦
16--同學6離開電腦
17
18Process finished with exit code 0
複製程式碼多執行緒是java面試中非常重要一環，算是重點和難點吧，特別是需要結合JVM一起學習，所以今後筆者還會繼續推出相關部落格文章，也希望讀者耐心等待。