Semaphore、Barrier、Latch都属于同步工具类
1、信号量(Semaphore)
描述
计数信号量用来控制同时访问某个特定资源的操作数量，或者同时执行某个制定操作的数量。还可以用来实现资源池。
场景
信号量就是一个计数器，所以应用很广泛。
例如：我们构建一个有界队列，在队列满的时候希望阻塞而不是中断。那么信号量的大小就是队列的边界。
例如：网络请求中，每秒只允许100个请求进入系统，超过100个则需要阻塞，直到有请求完成或释放信号。
Semaphore
介绍：计数信号量；
主要方法：
// 方法1:创建一个计数为bound的信号量
Semaphore sem = new Semaphore(bound);
// 方法2:获取一个信号量（如果sem中的计数已经为0，则此方法阻塞，直到sem中有空闲的信号量）
sem.acquire();
// 方法3:释放一个信号量
sem.release();
使用方式：创建一个计数为n的信号量，然后当有请求或者有占用时，调用方法2拿走一个信号量。
案例：使用信号量来维护set的大小。
/**
* 使用信号量（semaphore）构建一个有界容器。信号量的值为容器的大小
* @Author: dhcao
* @Version: 1.0
*/
public class BoundedHashSet<T> {
private final Set<T> set;
private final Semaphore sem;
public BoundedHashSet(int bound) {
// 初始化信号量的值，作为set容器的边界
this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
this.sem = new Semaphore(bound);
}
/**
* 如果添加成功，则信号量的可用值减少一个；否则，被acquire占用的信号量要释放。
* @param o
* @return
* @throws InterruptedException
*/
public boolean add(T o) throws InterruptedException{
// 1. 尝试取获取一个信号量，如果获取不到，此方法阻塞，直到能够获取到信号量
sem.acquire();
boolean wasAdded = false;
try{
wasAdded = set.add(o);
return wasAdded;
} finally {
// 2. finaly会在return之前执行，但是不会改变return的值。
if (!wasAdded) {
// 3. 如果添加失败，则set没有增加数据，则信号量不需要计数，所以释放它。
sem.release();
}
}
}
/**
* 容器删除一个数据是，要释放对应的信号量
* @param o
* @return
*/
public boolean remove(Object o){
final boolean remove = set.remove(o);
if (remove) {
sem.release();
}
return remove;
}
}
2、闭锁(Latch)
描述
闭锁是以一种同步工具类，它的作用相当于一扇门：在闭锁到达结束状态之前，这扇门一直关闭，并且没有任何线程能够通过，当达到结束状态时，这扇门会打开并允许所有线程通过。（不能被重置，终态不可逆）
场景
闭锁的用法很多
例如：并发测试中，我们希望2000个线程同时开始执行。那么闭锁的结束状态：线程数目 = 2000。
例如：资源加载中，我们希望所有菜单加载完毕后才允许访问。那么闭锁的结束状态：所有菜单已加载。
例如：价格对比中，商品A的价格从3个渠道获取，3个渠道均返回报价之后选择最优渠道。那么闭锁的结束状态：所有渠道均返回报价。
CountDownLatch
介绍：顾名思义，这是一个计数器闭锁。
主要方法：
// 方法1:构造函数，计数器为n
CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(int n);
// 方法2:线程等待
startGate.await();
// 方法3:计数减1
startGate.countDown();
使用方式：线程调用方法2则开始等待，直到线程startGate 计数器为0；
案例1：创建n条线程，并让他们并发执行（同时开始，就像跑步一样，所有人就位之后同时开始）
/**
* nThreads条线程同时开始执行任务task
* @param nThreads 线程数量
* @param task 需要执行的任务
* @return
* @throws InterruptedException 线程中断异常交由客户端处理
*/
public static void timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException{
final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);
for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
// 1. 每条线程出来都开始等待；for循环共创建nThread条线程，线程就绪之后等待信号
startGate.await();
task.run();
}catch (InterruptedException ignored){
}
}
});
t.start();
}
// 2.startGate - 1 = 0；在1中等待的线程开始执行。即已经准备好的nThreads条线程同时开始执行
startGate.countDown();
}
案例2: 计算nThreads条线程并发执行任务的时间
/**
* 测试并发执行任务的时间(包含了创建线程的时间)
* @param nThreads 线程数量
* @param task 需要执行的任务
* @return 任务完成时间
* @throws InterruptedException 线程中断异常交由客户端处理
*/
public static long timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException{
final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);
final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads);
for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
// 1. 每条线程出来都开始等待；for循环共创建nThread条线程，所有
startGate.await();
try{
task.run();
}finally {
// 2. 每条线程完成run任务之后，先等待着，直到nThreads线程都完成；
endGate.countDown();
}
}catch (Exception ignored){
}
}
});
t.start();
}
long start = System.nanoTime();
// 3.所有线程准备好之后，统一放行
startGate.countDown();
// 4.nThreads条线程都完成任务之后，endGate统计最后时间！
endGate.await();
long end = System.nanoTime();
return end - start;
}
上述案例在互联网项目中做并发测试时很有意义，所以选择了这2个例子。通常测试并发时，如果只是for循环创建线程再执行，其实线程还是有先后顺序的。如果使用Executor框架，代码又显得过于复杂，所以我常使用上述案例来做并发测试。
3、栅栏(Barrier)
描述
栅栏，顾名思义，是一个拦截屏障，类似于闭锁，它能阻塞一组线程直到某个事件发生。栅栏与闭锁的关键区别在于，所有线程必须同时到达栅栏位置，才能继续执行。闭锁用于等待事件，而栅栏用于等待其他线程。
场景
栅栏应用于很多依赖性场景
例如：考试时当所有考生都交卷之后，才能开始阅卷。
例如：约定所有人都到达公司楼下，才发车去郊游。
例如：游戏加载中(lol或者dota??)，我们希望所有玩家都就绪之后才开始游戏。
CyclicBarrier
介绍：顾名思义，这是一个循环屏障。它可以循环运行（区别于CountDownLatch终态之后不可复用）
主要方法：
// 方法1:创建一个栅栏；run为栅栏拦截的线程到齐之后进行的操作；n 为线程数目
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(int n, Runnable run);
// 方法2:被此栅栏约束的线程在等待
barrier.await();
使用方式：创建一个栅栏，然后将此栅栏传递给线程，代表此类型线程要被该栅栏约束。
案例
/**
* 5个同事去吃饭，约定在饭店门口见面
* @Author: dhcao
* @Version: 1.0
*/
public class BarrierUtil {
/**
* 定义同事类
*/
private static class Colleague extends Thread{
// 要约定栅栏；所有的同事实现类都要被此栅栏约束
private CyclicBarrier barrier;
Colleague(CyclicBarrier barrier, String name){
super(name);
this.barrier = barrier;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("同事：" + getName() + " 已经到达约定地点,等待其他人");
barrier.await();
System.out.println("人齐了，去吃饭");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int colleagueNum = 5;
// 1. 定义一个栅栏：5条线程到位之后执行run方法（由最后到达的线程执行）
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(colleagueNum, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行此操作的线程：" + Thread.currentThread().getName() + "。所有人均已到达约定地点；领头进门....");
}
});
// 2. 将此栅栏约束在线程上（如果i<其他值）
for (int i = 0; i < colleagueNum; i++) {
new Colleague(barrier,"同事" + i).start();
}
}
}