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:
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public CountDownLatch( int count) { }; //参数count为计数值
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然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法:
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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
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下面看一个例子大家就清楚CountDownLatch的用法了:
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public 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:
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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:
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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:
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public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await( long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
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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:
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = 4 ;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
for ( int i= 0 ;i<N;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:
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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:
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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<N;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:
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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:
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = 4 ;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
for ( int i= 0 ;i<N;i++) {
if (i<N- 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..." );
}
}
} |
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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.TimeoutException Thread- 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...
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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:
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = 4 ;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N);
for ( int i= 0 ;i<N;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<N;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..." );
}
}
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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...
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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。
三.Semaphore用法
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:
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public 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:
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public 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
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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:
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public 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false
public 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
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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:
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public 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<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+ "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();
}
}
}
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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
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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。
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