java.util.concurrent详解(一) Latch/Barrier

Java1.5提供了一个非常高效实用的多线程包：java.util.concurrent, 提供了大量高级工具，可以帮助开发者编写高效、易维护、结构清晰的Java多线程程序。从这篇blog起，我将跟大家一起共同学习这些新的Java多线程构件

1. CountDownLatch
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍：
“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。”

    这就是说，CountDownLatch可以用来管理一组相关的线程执行，只需在主线程中调用CountDownLatch 的await方法（一直阻塞），让各个线程调用countDown方法。当所有的线程都只需完countDown了，await也顺利返回，不再阻塞了。 在这样情况下尤其适用：将一个任务分成若干线程执行，等到所有线程执行完，再进行汇总处理。

    下面我举一个非常简单的例子。假设我们要打印1-100，最后再输出“Ok“。1-100的打印顺序不要求统一，只需保证“Ok“是在最后出现即可。

    解决方案：我们定义一个CountDownLatch，然后开10个线程分别打印（n-1）*10+1至（n-1）*10+10。主线程中调用await 方法等待所有线程的执行完毕，每个线程执行完毕后都调用countDown方法。最后再await返回后打印“Ok”。

具体代码如下（本代码参考了JDK示例代码）：

import
 java.util.concurrent.CountDownLatch;
/**
 * 示例：CountDownLatch的使用举例
 * Mail: [e-mail]
 * @author janeky
 */
public
 
class
 TestCountDownLatch {
    
private
 
static
 
final
 
int
 N = 
10
;

    
public
 
static
 
void
 main(String[] args) 
throws
 InterruptedException {
        CountDownLatch doneSignal = 
new
 CountDownLatch(N);
        CountDownLatch startSignal = 
new
 CountDownLatch(
1
);
//开始执行信号

        
for
 (
int
 i = 
1
; i <= N; i++) {
            
new
 Thread(
new
 Worker(i, doneSignal, startSignal)).start();
//线程启动了
        }
        System.out.println(
"begin------------"
);
        startSignal.countDown();
//开始执行啦
        doneSignal.await();
//等待所有的线程执行完毕
        System.out.println(
"Ok"
);

    }

    
static
 
class
 Worker 
implements
 Runnable {
        
private
 
final
 CountDownLatch doneSignal;
        
private
 
final
 CountDownLatch startSignal;
        
private
 
int
 beginIndex;

        Worker(
int
 beginIndex, CountDownLatch doneSignal,
                CountDownLatch startSignal) {
            
this
.startSignal = startSignal;
            
this
.beginIndex = beginIndex;
            
this
.doneSignal = doneSignal;
        }

        
public
 
void
 run() {
            
try
 {
                startSignal.await(); 
//等待开始执行信号的发布
                beginIndex = (beginIndex - 
1
) * 
10
 + 
1
;
                
for
 (
int
 i = beginIndex; i <= beginIndex + 
10
; i++) {
                    System.out.println(i);
                }
            } 
catch
 (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } 
finally
 {
                doneSignal.countDown();
            }
        }
    }
}

    总结：CounDownLatch对于管理一组相关线程非常有用。上述示例代码中就形象地描述了两种使用情况。第一种是计算器为1，代表了两种状态，开 关。第二种是计数器为N，代表等待N个操作完成。今后我们在编写多线程程序时，可以使用这个构件来管理一组独立线程的执行。

2. CyclicBarrier
    我们先来学习一下JDK1.5 API中关于这个类的详细介绍：
    “一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。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 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。
    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之后（但在释放所有线程之前），该命令只在每个屏障点运行一次。若在继续所有参与线程之前更新共享状态，此屏障操作 很有用。

    我们在学习CountDownLatch的时候就提到了CyclicBarrier。两者究竟有什么联系呢？引用[JCIP]中的描述“The key difference is that with a barrier, all the threads must come together at a barrier point at the same time in order to proceed. Latches are for waiting for events; barriers are for waiting for other threads。CyclicBarrier等待所有的线程一起完成后再执行某个动作。这个功能CountDownLatch也同样可以实现。但是 CountDownLatch更多时候是在等待某个事件的发生。在CyclicBarrier中，所有的线程调用await方法，等待其他线程都执行完。

    举一个很简单的例子，今天晚上我们哥们4个去Happy。就互相通知了一下：晚上八点准时到xx酒吧门前集合，不见不散！。有个哥们住的近，早早就到了。有的事务繁忙，刚好踩点到了。无论怎样，先来的都不能独自行动，只能等待所有人

代码如下（参考了网上给的一些教程）

import
 java.util.Random;
import
 java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import
 java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import
 java.util.concurrent.ExecutorService;
import
 java.util.concurrent.Executors;

public
 
class
 TestCyclicBarrier {

    
public
 
static
 
void
 main(String[] args) {

        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        
final
 Random random=
new
 Random();

        
final
 CyclicBarrier barrier=
new
 CyclicBarrier(
4
,
new
 Runnable(){
            
@Override
            
public
 
void
 run() {
                System.out.println(
"大家都到齐了，开始happy去"
);
            }});

        
for
(
int
 i=
0
;i<
4
;i++){
            exec.execute(
new
 Runnable(){
                
@Override
                
public
 
void
 run() {
                    
try
 {
                        Thread.sleep(random.nextInt(
1000
));
                    } 
catch
 (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+
"到了，其他哥们呢"
);
                    
try
 {
                        barrier.await();
//等待其他哥们
                    } 
catch
 (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } 
catch
 (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }});
        }
        exec.shutdown();
    }

}

    关于await方法要特别注意一下，它有可能在阻塞的过程中由于某些原因被中断

    总结：CyclicBarrier就是一个栅栏，等待所有线程到达后再执行相关的操作。barrier 在释放等待线程后可以重用。