Java併發程式設計之CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
在java 1.5中,提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進行併發程式設計,比如CountDownLatch,CyclicBarrier和Semaphore,今天我們就來學習一下這三個輔助類的用法。
CountDownLatch
CountDownLatch是一個同步工具類,它允許一個或多個執行緒一直等待,直到其他執行緒的操作執行完後再執行。
public class CountDownLatchUtil {
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(2);
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println("進入t1執行緒,等待其他執行緒初始化。。。。");
try {
countDown.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println ("t1執行緒執行完畢。。");
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
System.out.println("進入t2執行緒。。。。");
countDown.countDown();
System.out.println("t2執行緒執行完畢。。");
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
System.out.println("進入t3執行緒。。。。");
countDown.countDown();
System.out.println("t3執行緒執行完畢。。");
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
執行結果如下: CountDownLatch是通過一個計數器來實現的,計數器的初始值為執行緒的數量(構造器中傳入)。每當一個執行緒完成了自己的任務後,計數器的值就會減1。當計數器值到達0時,它表示所有的執行緒已經完成了任務,然後在閉鎖上等待的執行緒就可以恢復執行任務。 構造器中的計數值(count)實際上就是閉鎖需要等待的執行緒數量。這個值只能被設定一次,而且CountDownLatch沒有提供任何機制去重新設定這個計數值。 與CountDownLatch的第一次互動是主執行緒等待其他執行緒。主執行緒必須在啟動其他執行緒後立即呼叫CountDownLatch.await()方法。這樣主執行緒的操作就會在這個方法上阻塞,直到其他執行緒完成各自的任務。
使用場景
比如我們現在需要做一道菜,叫做開水煮白菜(自創的。。。哈哈),假設步驟如下:首先,將水燒開(需要3秒),然後將白菜倒入已燒開的水中(需要5秒)。這時,燒水的過程和洗菜的過程,完全可以同時進行。用程式碼描述如下:
public class CountDownLatchDemo {
//開水煮白菜
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(1);
long time = System.currentTimeMillis();
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println("正在燒水。。。。。");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("水已燒開。。蔬菜可以下鍋");
countDown.countDown();
});
t1.start();
System.out.println("正在清洗白菜。。。。");
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("白菜清洗完畢。。。。");
countDown.await();
System.out.println("將白菜倒入沸水中" + " 共耗時:" + (System.currentTimeMillis() - time));
}
}
執行結果如下: 跟以上案例比較接近的時候,比如我們在使用zookeeper的zkclient的時候,首先開啟一個執行緒建立zookeeper的連線,然後就是在獲取到連線之後,再對zookeeper的節點進行操作。這裡的建立連線就好比上面場景的燒開水;對節點進行操作就好比洗白菜;當連線建立之後,就直接執行操作節點的指令,好比將白菜倒入沸水。
CyclicBarrier
字面意思迴環柵欄,通過它可以實現讓一組執行緒等待至某個狀態之後再全部同時執行。叫做迴環是因為當所有等待執行緒都被釋放以後,CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態就叫做barrier,當呼叫await()方法之後,執行緒就處於barrier了。 CyclicBarrier提供2個構造器:
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {}
public CyclicBarrier(int parties) {}
引數parties指讓多少個執行緒或者任務等待至barrier狀態;引數barrierAction為當這些執行緒都達到barrier狀態時會執行的內容。
然後CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法,它有2個過載版本:
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {}
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,BrokenBarrierException,
TimeoutException {}
- 第一個版本比較常用,用來掛起當前執行緒,直至所有執行緒都到達barrier狀態再同時執行後續任務;
- 第二個版本是讓這些執行緒等待至一定的時間,如果還有執行緒沒有到達barrier狀態就直接讓到達barrier的執行緒執行後續任務。 以運動員跑步為例,當裁判的槍聲一響,所有的運動員就全部跑。
public class CyclicBarrierDemo {
static class Runner implements Runnable {
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
private String name;
public Runner(CyclicBarrier cyclicBarrier, String name) {
this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000 * (new Random().nextInt(5)));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("運動員:" + name + "is ready");
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("運動員:" + name + "go。。。。");
}
}
/**
* 當這些執行緒都達到barrier狀態時會執行的內容
*/
static class Cheering implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("啦啦隊:" + "加油加油加油!!!!");
}
}
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, new Cheering());
Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
Runner runnerA = new Runner(cyclicBarrier, "張三");
Runner runnerB = new Runner(cyclicBarrier, "李四");
Runner runnerC = new Runner(cyclicBarrier, "王麻子");
executor.execute(runnerA);
executor.execute(runnerB);
executor.execute(runnerC);
}
}
執行結果如下:
Semaphore
Semaphore翻譯成字面意思為 訊號量,Semaphore可以控同時訪問的執行緒個數,通過 acquire() 獲取一個許可,如果沒有就等待,而 release() 釋放一個許可。 它提供了2個構造器:
public Semaphore(int permits) {}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {}
引數permits表示許可數目,即同時可以允許多少執行緒進行訪問,引數fair表示是否是公平的,等待時間越久的越先獲取許可 下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法,首先是acquire()、release()方法:
//獲取一個許可
public void acquire() throws InterruptedException {}
//獲取permits個許可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {}
//釋放一個許可
public void release() {}
//釋放permits個許可
public void release(int permits) {}
以上4個方法都會被阻塞,如果想立即得到執行結果,可以使用下面幾個方法:
//嘗試獲取一個許可,若獲取成功,則立即返回true,若獲取失敗,則立即返回false
public boolean tryAcquire() { };
//嘗試獲取一個許可,若在指定的時間內獲取成功,則立即返回true,否則則立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };
//嘗試獲取permits個許可,若獲取成功,則立即返回true,若獲取失敗,則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { };
//嘗試獲取permits個許可,若在指定的時間內獲取成功,則立即返回true,否則則立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };
另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數目。
假若一個工廠有5臺機器,但是有8個工人,一臺機器同時只能被一個工人使用,只有使用完了,其他工人才能繼續使用。那麼我們就可以通過Semaphore來實現:
public class SemaphoreDemo {
public static void main(String[] args) {
int N = 8; //工人數
Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //機器數目
for(int i=0;i<N;i++)
new Worker(i,semaphore).start();
}
static class Worker extends Thread{
private int num;
private Semaphore semaphore;
public Worker(int num,Semaphore semaphore){
this.num = num;
this.semaphore = semaphore;
}
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("工人:"+this.num+" 佔用一個機器在生產...");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("工人:"+this.num+"生產完成,釋放出機器");
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
執行結果如下: