第八章 Java中的并发工具类

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。

public class CountDownLatchTest {

    static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

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

countDownLatch的构造函数接受一个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就会减去1，countDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。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，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个countDownLatch的引用传递到线程里即可。

如果有个线程处理的比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使用另外一个带指定时间的await方法——await(long time, TimeUnit unit)，这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。

注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法happen-before，另外一个线程调用await方法

同步屏障CyclicBarrier

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，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

CyclicBarrier简介

CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程输了，每个线程调用的await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

public class CyclicBarrierTest {

    static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try{
                    cyclicBarrier.await();
                }catch (Exception e){
                   
                }
　　　　　　　　　　 System.out.println(1);
            }
        }).start();

        try {
            cyclicBarrier.await();
        }catch (Exception e){

        }
        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，所以会产生两种输出，1 2或者2 1

如果把new CyclicBarrier(2)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。

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，如下代码

public class CyclicBarrierTest2 {

    static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, new A());

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try{
                    cyclicBarrier.await();
                }catch (Exception e){

                }
　　　　　　　　　　 System.out.println(1);
            }
        }).start();

        try {
            cyclicBarrier.await();
        }catch (Exception e){

        }
        System.out.println(2);
    }
    
    static class A implements Runnable{
        @Override
        public void run(){
            System.out.println(3);
        }
    }
}

因为CyclicBarrier设置了拦截线程的数量是2，所以必须等代码中的第一个线程和线程A都执行之后，才会继续执行住线程，然后输出2，所以代码执行后的输出如下：3 1 2

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

countDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用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getNumberWaitting方法获取CyclicBarrier阻塞的线程输了。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

控制并发线程数的Semaphore

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

应用场景

Semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这是我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制

public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore.acquire();
                        System.out.println("save date");
                        semaphore.release();
                    }catch (InterruptedException e){
                        
                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法Semaphore(int permits)接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore用法简单，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

线程间交换数据的Exchanger

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换，它提供一个同步点，在这个同步点，两个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，它会一直等待等二个线程也执行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。

Exchanger的应用场景

Exchanger可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对接，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。Exchanger也可以用于校队工作，比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel后，系统需要加载这个两个Excel，并对两个Excel数据进行校队

public class ExchangerTest {

    private static final Exchanger<String> eg = new Exchanger<>();

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
             try {
                 String A = "银行流水A";
                 eg.exchange(A);
             }catch (InterruptedException e){

             }
            }
        });
        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String B = "银行流水B";
                    String A = eg.exchange("B");
                    System.out.println("A录入的是：" + A +",B录入的是：" + B + ".A和B数据是否一致：" + A.equals(B));
                }catch (InterruptedException e){

                }
            }
        });
        threadPool.shutdown();
    }
}

如果两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)设置最大等待时长