Java并发 - 工具篇

快来打我* 2022-10-07 12:54 183阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  简介
 *  正文
 *   *   *  1. 什么是并发工具
         *  2 . 倒计数器 CountDownLatch
         *  3. 倒计数器升级版 CyclicBarrier【循环栅栏】
         *  4. 信号量 Semaphore
         *  5.区别
 *  总结
 *  后记

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# 简介 #

前面我们介绍了 JUC 中的并发容器，它相当于一个同步容器的升级版，很大程度上提高了并发的性能

今天我们来介绍 JUC 中的并发工具，**它主要是通过改变自身的状态来控制线程的执行流程；**

常见的有如下几种：

*  CountDownLatch：倒计时器（属于闭锁的一种实现），用来阻塞线程
 *  CyclicBarrier：循环栅栏，类似倒计时器，但是比他更高级，也是用来阻塞线程（只不过阻塞的方式不同，下面会具体介绍）
 *  Semaphore：信号量，用来控制多个线程同时访问指定的资源，比如我们常用的数据库连接池

# 正文 #

### 1. 什么是并发工具 ###

并发工具是一组工具类，主要是用来控制线程的执行流程，比如阻塞某个线程，以等待其他线程

### 2 . 倒计数器 CountDownLatch ###

从字面意思来看，就是一个倒计数门闩（shuan，打了半天zha就是打不出来)

通俗一点来说，就是倒计数，时间一到，门闩就打开

> 注：一旦打开，就不能再合上，即这个 CountDownLatch 的状态改变是永久不可恢复的（记住这个点，后面会有对比）

比较官方的说法：倒计数器用来阻塞某个（某些）线程，以等待其他多个线程的任务执行完成（以这个说法为准，上面的可以用来对比参考）

**下面列出 CountDownLatch 的几个方法：**

*  **构造方法**：public CountDownLatch(int count)，其中count就是我们所说的内部状态（当count=0时，表示到达终止状态，此时会恢复被阻塞的线程）
 *  **修改状态**：public void countDown()，该方法会递减上面的count状态，每执行一次，就-1；（当count=0时，表示到达终止状态，此时会恢复被阻塞的线程）
 *  **等待**：public void await()，该方法会阻塞当前线程，直到count状态变为0，才会恢复执行（除非中断，此时会抛出中断异常）
 *  **超时等待**：public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)，类似上面的await,只不过可以设置超时时间，等过了超时时间，还在阻塞，则直接恢复
 *  **获取状态值 count**：public long getCount()，获取count的数值，以查看还可以递减多少次（多用来调试）

模拟场景的话，这里先列举三个，肯定还有其他的

*  第一个就是计数器了，最直接的
 *  第二个就是统计任务执行时长
 *  第三个就是多人5V5游戏，等所有人加载完毕，就开始游戏

**下面我们以第三个场景为例，写个例子：多人游戏加载画面**

public class CountDownLatchDemo { 
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            // 1. 构造一个倒计数器，给定一个状态值10
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
            System.out.println("准备加载");
          	// 这里我们创建10个线程，模拟 5V5 游戏的10个玩家
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                new Thread(()->{ 
                    // 这里我们给点延时，模拟网络延时
                    try { 
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"加载100%");
                    // 2. 这里的countDown就是用来改变倒计数器的内部状态，每次-1
                    latch.countDown(); //这里不会阻塞当前线程，执行完后就立马返回了
                }).start();
            }
            // 3. 这里阻塞等待状态的完成，即10变为0;
            latch.await();
            System.out.println("所有人加载完成，开始游戏");
        }
    }

输出如下：

准备加载
    Thread-0加载100%
    Thread-1加载100%
    Thread-2加载100%
    Thread-3加载100%
    Thread-4加载100%
    Thread-5加载100%
    Thread-6加载100%
    Thread-8加载100%
    Thread-9加载100%
    Thread-7加载100%
    所有人加载完成，开始游戏

**这里倒计数器的作用就是阻塞主线程，以等待其他10个子线程，等到都准备好，再恢复主线程**

它的特点就是：一次性使用，达到终止状态后不能再改变

### 3. 倒计数器升级版 CyclicBarrier【循环栅栏】 ###

循环栅栏，类似倒计数器，也是用来阻塞线程，不过它的重点在于**循环使用**

而倒计数器只能用一次（这属于他们之间最明显的一个区别）

> PS：猜测之所以叫循环栅栏，而不是循环门闩，可能是因为栅栏的作用比门闩更强大，所以叫栅栏更适合吧

**官方说法：循环栅栏一般用来表示多个线程之间的相互等待（阻塞）**

比如有10个线程，都要await等待；那要等到最后一个线程await时，栅栏才会打开

如果有定义栅栏动作，那么当栅栏打开时，会执行栅栏动作

**栅栏动作就是：栅栏打开后需执行的动作，通过构造函数的Runnable参数指定，可选参数**，下面会介绍

**这个属于循环栅栏和倒计数器的第二个区别：**

*  循环栅栏强调的是多个被阻塞线程之间的相互协作关系（等待）
 *  而倒计数器强调的是单个（或多个）线程被阻塞，来等待其他线程的任务执行

下面我们看几个循环栅栏 CyclicBarrier 内部的方法：

*  **构造方法**：public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，第一个表示需等待（阻塞）的线程数，第二个barrierAction就是上面我们说的栅栏动作，即当最后一个线程也被阻塞时，就会触发这个栅栏动作（这个参数可选，如果没有，则不执行任何动作）
 *  **等待**：public int await()，阻塞当前线程，直到最后一个线程被阻塞，才会恢复
 *  **超时等待**：public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)，类似上面的await,只不过可以设置超时时间
 *  **获取当前等待的线程数**：public int getNumberWaiting()，即调用了await方法的线程数量

场景：

*  大事化小，小事合并：就是将某个大任务拆解为多个小任务，等到小任务都完成，再合并为一个结果
 *  多人对战游戏团战

上面的倒计数器表示游戏开始前的准备工作（只需准备一次）  
而这里的循环栅栏则可以表示游戏开始后的团战工作（可团战多次）

下面看下例子：多人游戏团战画面

public class CyclicBarrierDemo { 
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    
            // 1. 创建一个循环栅栏，给定等待线程数10和栅栏动作
            CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(10,()->{ 
                // 栅栏动作，等到所有线程都await，就会触发
                System.out.println("=== 人齐了，开始团吧");
                try { 
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            System.out.println("=== 准备第一波团战 ===");
            // 2. 创建10个线程，模拟10个玩家
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                new Thread(()->{ 
                    try { 
                        // 玩家到场
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>第一波团，我准备好了");
                        // 等待其他人，等人齐就可以团了（人齐了会执行栅栏动作，此时这边也会恢复执行）
                        barrier.await();
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                }).start();
            }
            // 3. 查询当前等待都线程数量，如果不为0，则主线程继续等待
            while (barrier.getNumberWaiting()!=0){ 
                Thread.sleep(1000);
            }
            System.out.println("=== 第一波团战结束 ===");
            
            // 4. 此时还可以进行第二波第三波团战。。。（循环栅栏可循环触发，倒计数器只能触发一次）
            
        }
    }

输出如下：

=== 准备第一波团战 ===
    Thread-0=>第一波团，我准备好了
    Thread-1=>第一波团，我准备好了
    Thread-2=>第一波团，我准备好了
    Thread-3=>第一波团，我准备好了
    Thread-4=>第一波团，我准备好了
    Thread-5=>第一波团，我准备好了
    Thread-6=>第一波团，我准备好了
    Thread-7=>第一波团，我准备好了
    Thread-8=>第一波团，我准备好了
    Thread-9=>第一波团，我准备好了
    === 人齐了，开始团吧
    === 第一波团战结束 ===

### 4. 信号量 Semaphore ###

信号量主要是用来控制多个线程同时访问指定资源，比如数据库连接池，超过指定数量，就阻塞等待

下面我们介绍下信号量的几个关键方法：

*  构造方法：public Semaphore(int permits, boolean fair),第一个参数为许可数，即允许同时访问的的线程数，第二个参数为公平还是非公平模式（默认非公平）

> 公平模式，谁先调用acquire，谁就先访问资源，FIFO先进先出  
> 非公平模式，允许插队，如果某个线程刚释放了许可，另一个线程就调用了acquire，那么这个线程就会插队访问资源）

*  获取许可：public void acquire()，如果有许可，则直接返回，并将许可数递减1；如果没可用的许可，就阻塞等待，或者被中断
 *  尝试获取许可：public boolean tryAcquire()，类似上面的acquire，但是不会被阻塞和中断，因为如果没有可用的许可，则直接返回false
 *  释放许可：public void release() ，释放一个许可，并将许可数递增1
 *  获取可用的许可数量：public int availablePermits() ，这个方法一般用来调试

场景：数据库连接池

信号量的特点就是可重复使用许可，所以像数据库连接池这种场景就很适合了

这里就不举例子了，就是多个线程acquire和release，获取许可时，如果没有就阻塞，如果有就立即返回

### 5.区别 ###

用表格看比较方便点

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xpX0ppYW5fSHVpXw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

可以看到，倒计数器主要是用来表示单个线程等待多个线程，而循环栅栏主要是用来表示多个线程之间的相互等待

# 总结 #

1.  什么是并发工具：并发工具是一组工具类，主要是用来控制线程的执行流程，比如阻塞某个线程，以等待其他线程
2.  倒计数器 CountDownLatch：用来表示阻塞某个（某些）线程，以等待其他多个线程的任务执行完成
3.  循环栅栏 CyclicBarrier：用来表示多个线程之间的相互等待协作（阻塞）
4.  信号量 Semaphore：用来表示允许同时访问指定资源的许可数（线程数）
5.  区别：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xpX0ppYW5fSHVpXw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

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# 后记 #

学习之路，真够长，共勉之。

写在最后：**永远要相信登峰造极境，也永远要记得我们是永远的学徒。只因学无止境。**

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