CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore原理分析

Java 中常用的并发工具有 CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore.

1.CountDownLatch 等待所线程完成.

比如说，我将一个计算任务拆分成多个任务，然后多个线程分别计算，最后等所有任务计算完成后，在继续执行.

其实还有一个思路可以实现该功能，join. 但是 join 方法是有局限的，join 方法用于当前执行线程等待 join 线程执行结束，其实现原理是
不停的检查 join 线程是否存货，如果 join 线程存货，则让当前线程永远等待.

现在来看下 CountDownLatch 的实现原理.

CountDownLatch 的实现思路很巧妙，一开始就将 state 设置为非 0(代表该线程被阻塞)，每次调用 countDown 释放锁，当最终 state = 0
时，说明可以申请到锁了，则主线程执行.

如果没有申请到锁怎么处理了？该线程可能先自旋一会，最终调用 LockSupport.park 方法自我阻塞.

2.CyclicBarrier 同步屏障

CyclicBarrier是一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点(也可以叫同步点)，
即相互等待的线程都完成调用await方法，所有被屏障拦截的线程才会继续运行await方法后面的程序。
在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时CyclicBarrier很有用。
因为该屏障点在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环的屏障点。CyclicBarrier支持一个可选的Runnable命令，
在一组线程中的最后一个线程到达屏障点之后（但在释放所有线程之前），该命令只在所有线程到达屏障点之后运行一次，
并且该命令由最后一个进入屏障点的线程执行.

3.CyclicBarrier 的应用场景

CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最终合并计算结果的场景.

原理：CyclicBarrier 有栅栏的意思，比如说有三个线程执行，线程A执行较快，它执行完了，要等线程B和线程C. 等这三个线程都执行完后，这个
栅栏才打开放行，这三个线程继续执行，如何实现的了？

每个线程执行 await 方法，count--. 然后使用 condition await 等待. 等 count 为 0 时，开始放行. 设计的很精妙.


4.CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的区别

CountDownLatch 只能使用一次，而 CyclicBarrier 可以使用多次.

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的语义不好区分，但是仔细品味下还是能发现一些区别的. CountDownLatch 是说其他线程就绪后，主线程
开始执行，而 CyclicBarrier 比如说公司团建，现在在大巴车那等，先到得人要等后到的人到齐后，大巴车才发车去目的地(Runnable)，然后公司员工可以干
其他活，例如乒乓球比赛等.

5.Semaphore
Semaphore 是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保障合理的使用公共资源.

实现：
Semaphore 是如何做到对某一物理或逻辑资源访问数量的限制了？


答案是 AQS.


比如我定义：Semaphore(10), 同一时刻只能有 10 个线程访问线程池，每来一个线程，state -1，当第11线程访问的结果是啥了？
由于 state < 0 而被阻塞.


当一个线程访问完后，调用 release 方法，state + 1. 然后唤醒等待访问线程池的线程.


注意：


由于 release 方法中，没有对 state < 0 进行判断，每调用一次 release 方法 state + 1.
也就是说：虽然我定义的 state = 10. 但是我调用 11 次 release 方法，那么此时 state = 11.这就完成了
Semaphore 的动态增长.
如果说我觉得10个线程同时访问线程池，线程池扛不住了，我要减少同时访问的数量，该怎么办了？继承 Semaphore 类，
重写 reducePermits 方法就好了.


Semaphore 和 CountDownLatch 对比分析


CountDownLatch 是为了共同干一件事，线程1完成A部分，线程2完成B部分，线程3完成C部分. 而 Semaphore 是为了限制同一时间对
某一资源访问的数量, 例如：同一时间只允许10个线程同时访问.

6.线程间交换数据 Exchanger

Exchanger 提供了一个同步点，两个线程可以交换彼此的数据，如果第一个线程先执行 exchange() 方法，它会一直等待第二个线程也执行
exchange() 方法，当两个线程都达到同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方.