并发控制工具类CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore

拼搏现实的明天。 2024-02-05 18:12 68阅读 0赞

### 并发控制工具类CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore ###

#### 一、并发控制工具类 ####

##### 1.CountDownLatch #####

> 可以使一个或多个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行。 CountDownLatch 是多线程控制的一种工具，它被称为 `门阀、 计数器或者闭锁`。这个工具经常用来用来`协调多个线程之间的同步`，或者说`起到线程之间的通信`（而不是用作互斥的作用）。  
> 让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作后才被唤醒，CountDownLatch主要有2个方法，当一个或多个线程调用await方法时，调用线程会被阻塞，其他线程调用countDown方法时计数器减一(调用countDown方法不会阻塞线程)，当计数器的值变为0时，此时调用方法被阻塞的线程会被唤醒，继续执行  
> `countDown` 方法时计数器减一  
> `await`尝试唤醒，当计数器的值变为0时，才会被唤醒

**实例：学生上自习，当学生走完后才能锁门**

public class CountDownLatchDemo {
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                new Thread(()->{
        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 上完自习离开");
                    countDownLatch.countDown();
                },String.valueOf(i)).start();
            }
            countDownLatch.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t &&&&&&&&&&班长锁门");
        }
    }

> 输出  
> 0 上完自习离开  
> 4 上完自习离开  
> 3 上完自习离开  
> 2 上完自习离开  
> 1 上完自习离开 main  
> &&&&&&&&&&班长锁门

##### 2.CyclicBarrier #####

N个线程相互等待，任何一个线程没有到达或完成时，所有的线程都必须互相等待。与CountDownLatch相反。必须要达到某个值才会被唤醒。  
`await()：`线程调用 await 方法通知 CyclicBarrier 本线程已经到达屏障  
![在这里插入图片描述][96e76348e79e4eb3ad135da32a4d2240.png]  
**实例：集齐7颗龙珠召唤神龙**

public class CyclicBarrierDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,()->{
        
                System.out.println("……召唤神龙……");
            });
    
            for (int i = 1; i <= 7; i++) {
        
                int finalI = i;
                new Thread(()->{
        
    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 收集到:"+finalI+"颗龙珠");
                    try {
        
                        cyclicBarrier.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

**我理解就是 cyclicBarrier.await();要被调够 创建CyclicBarrier 时设置的次数，才会真的触发 创建CyclicBarrier的内容**

> 输出
> 
> 1 收集到:1颗龙珠  
> 5 收集到:5颗龙珠  
> 3 收集到:3颗龙珠  
> 7 收集到:7颗龙珠  
> 2 收集到:2颗龙珠  
> 6 收集到:6颗龙珠  
> 4 收集到:4颗龙珠  
> ……召唤神龙……

##### 3.Semaphore #####

> Semaphore  
> ①多个共享资源的互斥使用  
> ②并发线程数控制  
> （信号量）可以用来限制能同时访问共享资源的线程上限，它内部维护了一个许可的变量，也就是线程许可的数量
> 
> --------------------
> 
> `acquire()`表示阻塞并获取许可 （没获取到信号的线程阻塞等待）  
> `tryAcquire()` 方法在没有许可的情况下会立即返回 false，要获取许可的线程不会阻塞(没获取到线程的拿着返回值false直接往下继续)  
> `release()`表示释放许可 int availablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。  
> `getQueueLength()`：返回正在等待获取许可证的线程数。  
> `hasQueuedThreads()`：是否有线程正在等待获取许可证。  
> `reduction`个许可证 Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合

![在这里插入图片描述][09eeba56369148ccb1a5dd7b486b826b.png]

**实例：停车场抢车位**

public class SemaphoreDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
            for (int i = 1; i <=6 ; i++) {
        
                new Thread(()->{
        
                    try {
        
                        semaphore.acquire();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 抢到车位");
    
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 停车3秒后离开");
                        semaphore.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                },String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

> 输出  
> 1 抢到车位  
> 3 抢到车位  
> 2 抢到车位  
> 1 停车3秒后离开  
> 3 停车3秒后离开  
> 4 抢到车位  
> 2 停车3秒后离开  
> 5 抢到车位  
> 6 抢到车位  
> 4 停车3秒后离开  
> 6 停车3秒后离开  
> 5 停车3秒后离开

#### 二、AQS ####

> `AQS（ AbstractQueuedSynchronizer ）`，抽象队列同步器，是 java.util.concurrent.locks包下的一个抽象类。它提供了一个 int 型的同步状态 state 和一个 FIFO 的双向队列来实现线程间的同步。称之为抽象队列是因为这个队列并不是实际存在的对象，而是基于双向链表数据结构的队列，是FIFO先进先出线程等待队列（也称CLH队列，三个发明人的名字）  
> ![在这里插入图片描述][b028f33b66ab400bb137239ceced659d.png]

> `AQS具备的特性：`  
> 阻塞等待队列  
> 共享/独占 公平/非公平  
> 可重入  
> 允许中断

> `AQS内部维护属性volatile int state`  
> state表示资源的可用状态 .0-可用，1-占用  
> State三种访问方式：  
> getState()  
> setState()  
> compareAndSetState()

> `AQS 定义了5个队列中节点状态：`  
> 值为0，初始化状态，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。  
> CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；  
> SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark；  
> CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中；  
> PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；

![在这里插入图片描述][50148f3cd20d4e64bf74c93de1ea0099.png]

> java.util.concurrent包中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为，比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等，而这些行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）实现的，AQS是一个抽象同步框架，可以用来实现一个依赖状态的同步器

![在这里插入图片描述][49ae6d689c8f4da299b705703eeb424d.png]

线程进入队列里先把自己包装成Node节点  
![在这里插入图片描述][79a78e3fd9664f1d87610abc9734c350.png]  
![在这里插入图片描述][bc990a45f5804c12a0e7e451928c6714.png]

**以ReentrantLock为例：**

**执行lock.lock()时：**

> ①非公平锁直接去执行compareAndSetState去抢占锁，公平锁执行acquire。非公平锁抢占失败也走公平锁逻辑  
> ![在这里插入图片描述][6bf72b2696494050ab2507c5588653e1.png]

> ②把当前线程封装成Node节点入队enq方法

> ③挂起线程  
> ![在这里插入图片描述][355245712a234cff97df813f75aee89d.png]

**执行lock.unlock()时**

> ①修改state的值  
> ![在这里插入图片描述][ec919c8588a94682a7d32f3a7ae80c9a.png]

> ②唤醒挂起的线程

![在这里插入图片描述][cc2bed686d9945458dab2c37eabcddff.png]

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