并发工具CountDownLatch和CyclicBarrier

╰半橙微兮° 2022-11-20 12:59 245阅读 0赞

## 1. 等待多线程完成的CountDownLatch ##

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

### 背景： ###

在jdk1.5之前中的join方法可以实现让当前线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。  
例如：

public class Test2 {
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("parser1 start..");
                    try {
                        Thread.sleep(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("parser1 finish");
                }
            });
    
            Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("parser2 start..");
                    try {
                        Thread.sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("parser2 finish");
                }
            });
            parser1.start();
            parser2.start();
            parser1.join();
            parser2.join();
            System.out.println("all parser finish");
    
        }
    }

直到join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用。

> 以上代码是使用join的方法来实现了主线程要等待join线程都执行完后再往下执行的案例。

## jdk1.5之后 ##

JDK1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的功能，并且比join的功能更多。  
例如：

public class CountDownLatchTest {
    
        static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(1);
                    c.countDown();
                    System.out.println(2);
                    c.countDown();
                }
            }).start();
            c.await();
            System.out.println(3);
        }
    }

> countDownLatch的构造参数接受一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。

> 当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法就会阻塞当前线程，直到N变为零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，可以是1个线程里的N个步骤。用在多线程时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。

如果我们不想让主线程一直等待，可以使用另外一个带指定时间的await方法await(long time,TimeUnit unit),这个方法等待特定的时间后，就会不再阻塞当前线程。join也有类似的方法。

## 2. 同步屏障CyclicBarrier ##

1.  CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，**直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会打开门**，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。
2.  CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

例子1：

public class CyclicBarrierTest {
        static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        c.await();
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(1);
                }
            }).start();
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(2);
        }
    }

因为主线程和子线程的调度是由CPU决定的，两个线程都有可能先执行，所以打印结果可能有2中结果：1，2或2,1。

> 如果把new CyclicBarrier(2)修改成new CyclicBarrier(3),则主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程执行await方法，即没有第三个线程到达屏障，所以之前到达屏障的两个线程都不会继续执行。

例子2：  
CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties,Runnable barrierAction),用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction,方便处理更复杂的业务场景，如：

public class CyclicBarrierTest2 {
    
        static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2,new A());
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        c.await();
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(1);
                }
            }).start();
            try {
                c.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(2);
        }
    
        static class A implements Runnable{
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(3);
            }
        }
    }

例子2：  
多线程可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的场景。例如，用一个excel保存了所有银行流水，每个sheet保存一个账户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个sheet里的银行流水，都执行完毕之后，得到每个sheet的日均银行流水，最后，在用barrierAction用这个些线程的计算结果，计算出整个excel的日均流水。

public class BankWaterService implements Runnable {
    
        private CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(4, this);
    
        private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
    
        private ConcurrentHashMap<String, Integer> sheetBankWaterCount = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();
    
        private void count() {
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                executor.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(), 1);
                        try {
                            c.await();
                        } catch (Exception e) {
                        }
                    }
                });
            }
        }
    
        @Override
        public void run() {
            int result = 0;
            for (Map.Entry<String, Integer> sheet : sheetBankWaterCount.entrySet()) {
                result += sheet.getValue();
            }
            //将结果输出
            sheetBankWaterCount.put("result", result);
            System.out.println(result);
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            BankWaterService bankWaterService = new BankWaterService();
            bankWaterService.count();
        }
    }

线程池创建4个线程，分别计算每个sheet里的数据，每个sheet计算结果是1，再由BankWaterService线程汇总4个sheet计算出的结果，输出结果：4

## 3. CountDownLatch和CyclicBarrier的区别？ ##

CountDownLatch的计数器是能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以是用reset()方法重置，所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如：如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。  
CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞线程的数量。 isBroken方法用来了了解阻塞线程是否被中断。

参考资料：java并发编程的艺术