（12）java5的CountDownLatch、Exchanger同步工具

【1】CountDownLatch

java.util.concurrent

类 CountDownLatch
java.lang.Object
java.util.concurrent.CountDownLatch

public class CountDownLatchextends Object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。


用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。
之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。
这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。


CountDownLatch 是一个通用同步工具，它有很多用途。
将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器，或入口：
在通过调用 countDown() 的线程打开入口前，所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。
用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待，或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。


CountDownLatch 的一个有用特性是，

它不要求调用 countDown 方法的线程等到计数到达零时才继续，而在所有线程都能通过之前，它只是阻止任何线程继续通过一个 await。

示例用法： 下面给出了两个类，其中一组 worker 线程使用了两个倒计数锁存器：


第一个类是一个启动信号，

在 driver 为继续执行 worker 做好准备之前，它会阻止所有的 worker 继续执行。
第二个类是一个完成信号，它允许 driver 在完成所有 worker 之前一直等待。

class Driver { // ...
	   void main() throws InterruptedException {
		  CountDownLatch	 startSignal = new CountDownLatch(1);
		  CountDownLatch	doneSignal = new CountDownLatch(N);

	 for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
		   new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();

		   doSomethingElse();            // don't let run yet
		   startSignal.countDown();      // let all threads proceed
		   doSomethingElse();
		   doneSignal.await();           // wait for all to finish
	   }
 }

 class Worker implements Runnable {
   private final CountDownLatch startSignal;
   private final CountDownLatch doneSignal;
   Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal) {
      this.startSignal = startSignal;
      this.doneSignal = doneSignal;
   }
   public void run() {
      try {
        startSignal.await();
        doWork();
        doneSignal.countDown();
} catch (InterruptedException ex) {} // return;
   }

   void doWork() { ... }
 }

另一种典型用法是，将一个问题分成 N 个部分，用执行每个部分并让锁存器倒计数的 Runnable 来描述每个部分，然后将所有 Runnable 加入到 Executor 队列。当所有的子部分完成后，协调线程就能够通过 await。
（当线程必须用这种方法反复倒计数时，可改为使用 CyclicBarrier。）

class Driver2 { // ...
	   void main() throws InterruptedException {
	     CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);
	     Executor e = ...

	   for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
		     e.execute(new WorkerRunnable(doneSignal, i));

		    doneSignal.await();           // wait for all to finish
	  }
 }

 class WorkerRunnable implements Runnable {
	 private final CountDownLatch doneSignal;
	  private final int i;
	  WorkerRunnable(CountDownLatch doneSignal, int i) {
		     this.doneSignal = doneSignal;
		    this.i = i;
   }
   public void run() {
      try {
	   doWork(i);
	   doneSignal.countDown();
	    } catch (InterruptedException ex) {} // return;
   }

	  void doWork() { ... }
 }

内存一致性效果：线程中调用 countDown() 之前的操作 happen-before 紧跟在从另一个线程中对应 await() 成功返回的操作。


await
public void await()
throws InterruptedException使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断。
如果当前计数为零，则此方法立即返回。


如果当前计数大于零，则出于线程调度目的，将禁用当前线程，且在发生以下两种情况之一前，该线程将一直处于休眠状态：


由于调用 countDown() 方法，计数到达零；或者
其他某个线程中断当前线程。
如果当前线程：

在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
在等待时被中断，
则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。


抛出：
InterruptedException - 如果当前线程在等待时被中断。

应用实例：

package com.itm.thread;

/*
 * 
 * 	CountDownLatch可以看做是一个计数器，调用CountDown方法可以使计数-1；
 		当计数为0时，所有等待的线程都会开始运行。
 		这个方法可以实现让多个线程等待一个线程，也可以让一个线程等待多个线程。
 	
 	*/
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CountDownLatchTest {
	public static void main(String[] args) {
		final CountDownLatch count1 = new CountDownLatch(1); // 总计数为1
		final CountDownLatch count3 = new CountDownLatch(3); // 总计数为3
		ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			es.execute(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						System.out.println("线程"
								+ Thread.currentThread().getName() + "正在等待命令");
						count1.await(); // 当count1的计数为0时，线程才会向下运行
						System.out.println("线程"
								+ Thread.currentThread().getName()
								+ "已接到命令，开始执行");
						Thread.sleep(new Random().nextInt(5000));
						System.out.println("线程"
								+ Thread.currentThread().getName()
								+ "已完成命令，发出回应");
						count3.countDown(); // 每一个线程运行到这里就对count3的计数-1
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
		}
// main方法里面的代码 属于主线程。。。
		try {
			Thread.sleep(2000);
			
			System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
					+ "正准备发布命令");
			
			count1.countDown(); // count1的计数-1
			System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
					+ "已发布命令，等待回应");
			
			
			count3.await(); // 等待直到count3的计数为0
			System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
					+ "已收到全部回应");
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		es.shutdown();
	}
}

运行结果：

线程pool-1-thread-1正在等待命令
线程pool-1-thread-3正在等待命令
线程pool-1-thread-2正在等待命令
线程main正准备发布命令
线程main已发布命令，等待回应
线程pool-1-thread-3已接到命令，开始执行
线程pool-1-thread-2已接到命令，开始执行
线程pool-1-thread-1已接到命令，开始执行
线程pool-1-thread-3已完成命令，发出回应
线程pool-1-thread-2已完成命令，发出回应
线程pool-1-thread-1已完成命令，发出回应
线程main已收到全部回应

【2】Exchanger

java.util.concurrent
类 Exchanger<V>
java.lang.Object
java.util.concurrent.Exchanger<V>
类型参数：
V - 可以交换的对象类型




public class Exchanger<V>extends Object可以在对中对元素进行配对和交换的线程的同步点。
每个线程将条目上的某个方法呈现给 exchange 方法，与伙伴线程进行匹配，并且在返回时接收其伙伴的对象。
Exchanger 可能被视为 SynchronousQueue 的双向形式。Exchanger 可能在应用程序（比如遗传算法和管道设计）中很有用。


用法示例：以下是重点介绍的一个类，该类使用 Exchanger 在线程间交换缓冲区，
因此，在需要时，填充缓冲区的线程获取一个新腾空的缓冲区，并将填满的缓冲区传递给腾空缓冲区的线程。

class FillAndEmpty {
   Exchanger<DataBuffer> exchanger = new Exchanger<DataBuffer>();
   DataBuffer initialEmptyBuffer = ... a made-up type
   DataBuffer initialFullBuffer = ...

   class FillingLoop implements Runnable {
     public void run() {
       DataBuffer currentBuffer = initialEmptyBuffer;
       try {
		while (currentBuffer != null) {
			 addToBuffer(currentBuffer);
			 if (currentBuffer.isFull())
			   currentBuffer = exchanger.exchange(currentBuffer);
		}
       } catch (InterruptedException ex) { ... handle ... }
     }
   }

   class EmptyingLoop implements Runnable {
     public void run() {
		DataBuffer currentBuffer = initialFullBuffer;
       try {
         while (currentBuffer != null) {
		  takeFromBuffer(currentBuffer);
		  if (currentBuffer.isEmpty())
			    currentBuffer = exchanger.exchange(currentBuffer);
	  }
       } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}
     }
   }

   void start() {
	 new Thread(new FillingLoop()).start();
	new Thread(new EmptyingLoop()).start();
   }
  }

内存一致性效果：对于通过 Exchanger 成功交换对象的每对线程，每个线程中在 exchange() 之前的操作 happen-before 从另一线程中相应的 exchange() 返回的后续操作。






exchange

public V exchange(V x)
throws InterruptedException等待另一个线程到达此交换点（除非当前线程被中断），然后将给定的对象传送给该线程，并接收该线程的对象。
如果另一个线程已经在交换点等待，则出于线程调度目的，继续执行此线程，并接收当前线程传入的对象。


当前线程立即返回，接收其他线程传递的交换对象。


如果还没有其他线程在交换点等待，则出于调度目的，禁用当前线程，且在发生以下两种情况之一前，该线程将一直处于休眠状态：


其他某个线程进入交换点；或者
其他某个线程中断当前线程。
如果当前线程：


在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
在等待交换时被中断，
则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。


参数：
x - 要交换的对象
返回：
另一个线程提供的对象
抛出：
InterruptedException - 如果当前线程在等待时被中断.

应用实例：

package com.itm.thread;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ExchangerTest {
	public static void main(String[] args) {
		final Exchanger<String> changer = new Exchanger<String>();
		ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
		es.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				String data1 = "aaa"; // data1表示这个线程准备拿出进行交换的数据
				try {
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
							+ "要交换的数据为" + data1);
					Thread.sleep(new Random().nextInt(5000));
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
							+ "已准备好交换");
					
					String data2 = (String) changer.exchange(data1); // 线程将data1交给别的线程，接受别的线程传来的数据放入data2中
					
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
							+ "交换成功,交换到的数据为" + data2);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}

			}
		});
		es.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				String data1 = "bbb"; // 要交换的数据的名字可以随意起，与交换线程的数据名称没有关系
				try {
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
							+ "要交换的数据为" + data1);
					Thread.sleep(new Random().nextInt(5000));
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
							+ "已准备好交换");
					
					String data2 = (String) changer.exchange(data1);
					
					System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
							+ "交换成功,交换到的数据为" + data2);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		});
		es.shutdown();
	}
}

运行结果：

线程pool-1-thread-1要交换的数据为aaa
线程pool-1-thread-2要交换的数据为bbb
线程pool-1-thread-1已准备好交换
线程pool-1-thread-2已准备好交换
线程pool-1-thread-2交换成功,交换到的数据为aaa
线程pool-1-thread-1交换成功,交换到的数据为bbb