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JUC的四个并发工具类

发表于 更新于 分类于 Valine：

本篇文章主要记录了JUC的四个并发工具类，闭锁CountDownlatch、栅栏CyclicBarrier、信号量Semaphore、交换器Exchanger。CountDownlatch通常用于主线程等待其他任务线程执行完毕的场景；CyclicBarrier主要阻塞当前线程，等待其他线程（大家无论谁先跑到A点，必须要等其他线程也到达了A点，大家才能继续）。信号量Semaphore可以用来控制同时访问特定资源的线程数量（比如100个线程只能有10个线程可以获得MySQL连接）。交换器Exchanger很少用，只适用于两个线程在同步点交换数据的场景（如下图）。

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闭锁CountDownlatch

CountDownLatch也叫闭锁，使得一(多)个主线程必须等待其他线程完成操作后再执行。 CountDownLatch内部维护一个计数器(父类的int state)，主线程先执行await方法，如果此时计数器大于0，则阻塞等待。当一个线程完成任务后，计数器值减1。直到计数器为0时，表示所有的线程已经完成任务，等待的主线程被唤醒继续执行。

CountDownLatch实现主要基于Java同步器AQS，关于AQS的分析可以看我这篇文章：《ReentrantLock与AQS》 ，countDown方法核心实现如下：

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public void countDown() {
	sync.releaseShared(1);
}

public final boolean releaseShared(int arg) {
	// countDownLatch -> tryReleaseShared
	if (tryReleaseShared(arg)) {
		doReleaseShared();
		return true;
	}
	return false;
}

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                    continue; // loop to recheck cases
                unparkSuccessor(h);
            }
            else if (ws == 0 &&
                     !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                continue; // loop on failed CAS
        }
        if (h == head) // loop if head changed
            break;
    }
}

CountDownlatch的使用案例，下面使用三个线程来打印三个List，三个线程任务都完成得时候才输出Print Task Finish！

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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = Arrays.asList("AAA", "BBB", "CCC");
        List<String> list2 = Arrays.asList("DDD", "EEE", "FFF");
        List<String> list3 = Arrays.asList("GGG", "HHH", "III");

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
        new Thread(()->{
            for (String string: list1) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + string);
            }
            countDownLatch.countDown();
        }).start();
        new Thread(()->{
            for (String string: list2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + string);
            }
            countDownLatch.countDown();
        }).start();
        new Thread(()->{
            for (String string: list3) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + string);
            }
            countDownLatch.countDown();
        }).start();
        try {
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Print Task Finish！");
    }
}

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栅栏CyclicBarrier

CyclicBarrier：阻塞当前线程，等待其他线程。等待其它线程，且会阻塞自己当前线程，所有线程必须同时到达栅栏位置后才能继续执行；所有线程到达栅栏处，可以触发执行另外一个预先设置的线程。

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import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new CyclicBarrierDemo().go();
    }

    private void go() throws InterruptedException {
        //初始化栅栏得参与者数为3
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
        new Thread(new Task(cyclicBarrier), "Thread1").start();
        Thread.sleep(1000);
        new Thread(new Task(cyclicBarrier), "Thread2").start();
        Thread.sleep(1000);
        new Thread(new Task(cyclicBarrier), "Thread3").start();
    }

    class Task implements Runnable{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;

        public Task(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
                    + "已经送达"
                    + System.currentTimeMillis());
            try {
                cyclicBarrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName()
                    + "开始处理"
                    + System.currentTimeMillis());
        }
    }
}

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信号量Semaphore

Semaphore也叫信号量，在JDK1.5被引入，可以用来控制同时访问特定资源的线程数量，通过协调各个线程，以保证合理的使用资源。Semaphore内部维护了一组虚拟的许可，许可的数量可以通过构造函数的参数指定。

访问特定资源前，必须使用acquire方法获得许可，如果许可数量为0，该线程则一直阻塞，直到有可用许可。访问资源后，使用release释放许可。Semaphore和ReentrantLock类似，获取许可有公平策略和非公平许可策略，默认情况下使用非公平策略。

信号量Semaphore得应用场景：Semaphore可以用来做流量分流，特别是对公共资源有限的场景，比如数据库连接。假设有这个的需求，读取几万个文件的数据到数据库中，由于文件读取是IO密集型任务，可以启动几十个线程并发读取，但是数据库连接数只有10个，这时就必须控制最多只有10个线程能够拿到数据库连接进行操作。这个时候，就可以使用Semaphore做流量控制。 

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package thread_study;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        //只能5个线程同时访问
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
        //模拟20个客户端访问
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            final int NO = i;
            pool.execute(()->{
                try {
                    //获取许可
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("Accessing: " + NO);
                    Thread.sleep((long)(Math.random() * 10000));
                    //访问完毕后释放
                    semaphore.release();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        //退出线程池
        pool.shutdown();
    }
}

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交换器Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间数据交换协作的工具类。它提供一个同步点，在这个同步点多个线程间两两之间线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据， 如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

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import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ExchangerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        threadPool.execute(()->{
            try {
                //男生对女生说的话
                String girl = exchanger.exchange("我其实暗恋你很久了....");
                System.out.println("女生说: " + girl);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        threadPool.execute(()->{
            try {
                System.out.println("女生慢慢的从教室走出来.... ");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                //男生对女生说的话
                String boy = exchanger.exchange("我很喜欢你....");
                System.out.println("男生说：" + boy);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        threadPool.shutdown();
    }
}

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  • 本文作者： Tim
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