Java并发编程：CountDownLatch、CyclicBarrier和 Semaphore
在java 1.5中，提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我们就来学习一下这三个辅助类的用法。
以下是本文目录大纲：
一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法
一.CountDownLatch用法
CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。
CountDownLatch类只提供了一个构造器：1 public
CountDownLatch(
int
count) { };
//参数count为计数值
然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：
1
23 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
下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：
1
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
40public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args) {
final
CountDownLatch latch =
new
CountDownLatch(
2
);
new
Thread(){
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(){
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个子线程执行完毕..."
);
latch.await();
System.out.println(
"2个子线程已经执行完毕"
);
System.out.println(
"继续执行主线程"
);
}
catch
(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
执行结果：
1
23
45
67 线程Thread-
0
正在执行
线程Thread-
1
正在执行等待
2
个子线程执行完毕...
线程Thread-
0
执行完毕线程Thread-
1
执行完毕
2
个子线程已经执行完毕继续执行主线程
二.CyclicBarrier用法
字面意思回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：1
23
45 public
CyclicBarrier(
int
parties, Runnable barrierAction) {
}
public
CyclicBarrier(
int
parties) {}
参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：1
2public
int
await()
throws
InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public
int
await(
long
timeout, TimeUnit unit)
throws
InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
第一个版本比较常用，用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务；
第二个版本是让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。
下面举几个例子就明白了：
假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：1
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829 public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args) {
int
N =
4
;
CyclicBarrier barrier =
new
CyclicBarrier(N);
for
(
int
i=
0
;i new Writer(barrier).start(); } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this .cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." ); try { Thread.sleep( 5000 ); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕，等待其他线程写入完毕" ); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println( "所有线程写入完毕，继续处理其他任务..." ); } }} 执行结果： 1 23 45 67 89 1011 12线程Thread- 0 正在写入数据... 线程Thread- 3 正在写入数据...线程Thread- 2 正在写入数据... 线程Thread- 1 正在写入数据...线程Thread- 2 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 0 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 3 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 1 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。 当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。 如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4 ; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println( "当前线程" +Thread.currentThread().getName()); } }); for ( int i= 0 ;i new Writer(barrier).start(); } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this .cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." ); try { Thread.sleep( 5000 ); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕，等待其他线程写入完毕" ); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println( "所有线程写入完毕，继续处理其他任务..." ); } }} 运行结果： 1 23 45 67 89 1011 1213 线程Thread- 0 正在写入数据... 线程Thread- 1 正在写入数据...线程Thread- 2 正在写入数据... 线程Thread- 3 正在写入数据...线程Thread- 0 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 1 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 2 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 3 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕当前线程Thread- 3 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 从结果可以看出，当四个线程都到达barrier状态后，会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。 下面看一下为await指定时间的效果：1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 4041 4243 4445 public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4 ; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); for ( int i= 0 ;i if (i 1 ) new Writer(barrier).start(); else { try { Thread.sleep( 5000 ); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } new Writer(barrier).start(); } } } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this .cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." ); try { Thread.sleep( 5000 ); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕，等待其他线程写入完毕" ); try { cyclicBarrier.await( 2000 , TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (TimeoutException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "所有线程写入完毕，继续处理其他任务..." ); } }} 执行结果： 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 28线程Thread- 0 正在写入数据... 线程Thread- 2 正在写入数据...线程Thread- 1 正在写入数据... 线程Thread- 2 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 0 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 1 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 3 正在写入数据... java.util.concurrent.TimeoutExceptionThread- 1 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread- 0 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java: 58 ) java.util.concurrent.BrokenBarrierException at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java: 58 ) java.util.concurrent.BrokenBarrierException at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java: 58 ) Thread- 2 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...java.util.concurrent.BrokenBarrierException 线程Thread- 3 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source) at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source) at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java: 58 ) Thread- 3 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 上面的代码在main方法的for循环中，故意让最后一个线程启动延迟，因为在前面三个线程都达到barrier之后，等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier，就抛出异常并继续执行后面的任务。 另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 4041 4243 44public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 4 ; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); for ( int i= 0 ;i new Writer(barrier).start(); } try { Thread.sleep( 25000 ); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println( "CyclicBarrier重用" ); for ( int i= 0 ;i new Writer(barrier).start(); } } static class Writer extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { this .cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "正在写入数据..." ); try { Thread.sleep( 5000 ); //以睡眠来模拟写入数据操作 System.out.println( "线程" +Thread.currentThread().getName()+ "写入数据完毕，等待其他线程写入完毕" ); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "所有线程写入完毕，继续处理其他任务..." ); } } } 执行结果： 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 线程Thread- 0 正在写入数据... 线程Thread- 1 正在写入数据...线程Thread- 3 正在写入数据... 线程Thread- 2 正在写入数据...线程Thread- 1 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 3 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 2 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 0 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕Thread- 0 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread- 3 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...Thread- 1 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread- 2 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...CyclicBarrier重用 线程Thread- 4 正在写入数据...线程Thread- 5 正在写入数据... 线程Thread- 6 正在写入数据...线程Thread- 7 正在写入数据... 线程Thread- 7 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 5 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread- 6 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕线程Thread- 4 写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 Thread- 4 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...Thread- 5 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... Thread- 6 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...Thread- 7 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 从执行结果可以看出，在初次的4个线程越过barrier状态后，又可以用来进行新一轮的使用。而CountDownLatch无法进行重复使用。 Semaphore翻译成字面意思为 信号量，Semaphore可以控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。 Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：1 23 45 6public 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); } 下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法： 1 23 4public 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：1 23 4public 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falsepublic 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。 下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用： 假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 30public class Test { public static void main(String[] args) { int N = 8 ; //工人数 Semaphore semaphore = new Semaphore( 5 ); //机器数目 for ( int i= 0 ;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+ "占用一个机器在生产..." ); Thread.sleep( 2000 ); System.out.println( "工人" + this .num+ "释放出机器" ); semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } 执行结果： 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16工人 0 占用一个机器在生产... 工人 1 占用一个机器在生产...工人 2 占用一个机器在生产... 工人 4 占用一个机器在生产...工人 5 占用一个机器在生产... 工人 0 释放出机器工人 2 释放出机器 工人 3 占用一个机器在生产...工人 7 占用一个机器在生产... 工人 4 释放出机器工人 5 释放出机器 工人 1 释放出机器工人 6 占用一个机器在生产... 工人 3 释放出机器工人 7 释放出机器 工人 6 释放出机器 下面对上面说的三个辅助类进行一个总结： 1）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A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。 2）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。 参考资料： 《Java编程思想 ")》 http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html http://leaver.me/archives/3220.html http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329三.Semaphore用法
