java并发：线程同步机制之计数器&Exechanger

第一节 CountDownLatch

（1）初识CountDownLatch

（2）详述CountDownLatch

　　CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1，当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

CountDownLatch中主要方法如下：

　　public CountDownLatch(int count)，构造函数中的count（计数器）实际上就是闭锁需要等待的线程数量，这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。

 　　public void countDown()，每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1，通知机制是此方法来完成的。

 　　public void await() throws InterruptedException，调用此方法的当前线程会一直阻塞，直到计时器的值为0。

（3）CountDownLatch示例

package com.test;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo{
    
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        Worker worker1 = new Worker("Jack 程序员1",latch);
        Worker worker2 = new Worker("Rose 程序员2",latch);
        Worker worker3 = new Worker("Json 程序员3",latch);
        worker1.start();
        worker2.start();
        worker3.start();
        
        latch.await();
        System.out.println("Main thread end!");
    }
    
    static class Worker extends Thread {
        private String workerName;
        private CountDownLatch latch;
        public Worker(String workerName,CountDownLatch latch) {
            this.workerName = workerName;
            this.latch = latch;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("Worker:"+workerName +" is begin.");
                Thread.sleep(1000L);
                System.out.println("Worker:"+workerName +" is end.");
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }//模仿干活；
            latch.countDown();
        }
    }
}

上述程序运行结果如下：

Worker:Rose 程序员2 is begin.
Worker:Json 程序员3 is begin.
Worker:Jack 程序员1 is begin.
Worker:Jack 程序员1 is end.
Worker:Json 程序员3 is end.
Worker:Rose 程序员2 is end.
Main thread end!

从结果上可以看出，MainThread执行到latch.await();处会阻塞在该处，直到三个线程均完成的时候MainThread才会继续往下执行 

（4）参考资料

本小节只是简单描述了CountDownLatch的使用方式等，欲了解其实现机制，可以查看下面的几篇文章

A、http://blog.itpub.net/30024515/viewspace-1432825/

B、http://www.tuicool.com/articles/mQnAfq

第二节 CyclicBarrier

（1）初识CyclicBarrier

（2）CyclicBarrier示例

应用场景：在某种需求中，比如一个大型的任务，常常需要分配很多子任务去执行，只有当所有子任务都执行完成时候，才能执行主任务，这时候就可以选择CyclicBarrier了。

示例：

package com.test;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class CyclicBarrierDemo{
    
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3,new TotalTask());
        
        BillTask worker1 = new BillTask("111",barrier);
        BillTask worker2 = new BillTask("222",barrier);
        BillTask worker3 = new BillTask("333",barrier);
        worker1.start();
        worker2.start();
        worker3.start();
        System.out.println("Main thread end!");
    }
    
    static class TotalTask extends Thread {
public void run() {
            System.out.println("所有子任务都执行完了，就开始执行主任务了。");
        }
    }
    
    static class BillTask extends Thread {
        private String billName;
        private CyclicBarrier barrier;
        public BillTask(String workerName,CyclicBarrier barrier) {
            this.billName = workerName;
            this.barrier = barrier;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("市区:"+billName +"运算开始：");
                Thread.sleep(1000L);//模仿第一次运算；
                System.out.println("市区:"+billName +"运算完成，等待中...");
                barrier.await();//假设一次运算不完，第二次要依赖第一次的运算结果。都到达这个节点之后后面才会继续执行；
                System.out.println("全部都结束，市区"+billName +"才开始后面的工作。");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
}

上述程序运行结果如下：

市区:111运算开始：
市区:333运算开始：
Main thread end!
市区:222运算开始：
市区:333运算完成，等待中...
市区:222运算完成，等待中...
市区:111运算完成，等待中...
所有子任务都执行完了，就开始执行主任务了。//这句话是最后到达wait()方法的那个线程执行的
全部都结束，市区111才开始后面的工作。
全部都结束，市区222才开始后面的工作。
全部都结束，市区333才开始后面的工作。

解说：在这个示例中，构造CyclicBarrier时，传入了内部类TotalTask（TotalTask继承了Thread，是Runnable的实现）的实例对象，其意义在于：当所有的线程都执行到wait()方法时，它们会一起返回继续自己的工作，但是最后一个到达wait()方法的线程会执行TotalTask的run()方法；如果在构造构造CyclicBarrier时没有传入Runnable的实现对象作为构造参数，则当所有的线程都执行到wait()方法时会直接一起返回继续自己的工作。

（3）CyclicBarrier与CountDownLatch的区别

A、CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待；
B、CountDownLatch的计数器无法被重置；而CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier。

第三节 Semaphore

（1）初识Semaphore

　　Java中的Semaphore用于在线程间传递信号，从概念上讲，信号量维护了一个许可集合，Semaphore只对可用的许可进行计数，并采取相应的行动。信号量常常用于多线程的代码中，比如数据库连接池。

（2）Semaphore示例

场景：假设一个服务器资源有限，任意某一时刻只允许3个人同时进行访问，这时一共来了10个人

package com.test;
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemaphoreDemo{
    
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);//一次只运行3个人进行访问
        
        for(int i=0;i<10;i++) {
            final int no = i;
            Runnable thread = new Runnable() {
                public void run (){
                    try {
                        System.out.println("用户"+no+"连接上了:");
                        Thread.sleep(300L);
                        semaphore.acquire();//获取接下去执行的许可
                        System.out.println("用户"+no+"开始访问后台程序...");
                        Thread.sleep(1000L);//模仿用户访问服务过程
                        semaphore.release();//释放允许下一个线程访问进入后台
                        System.out.println("用户"+no+"访问结束。");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            new Thread(thread).start();
        }
        
        System.out.println("Main thread end!");
    }
}

上述代码运行结果如下：

用户1连接上了:
用户3连接上了:
用户4连接上了:
用户2连接上了:
用户0连接上了:
用户5连接上了:
用户7连接上了:
Main thread end!
用户6连接上了:
用户8连接上了:
用户9连接上了:
用户3开始访问后台程序...
用户4开始访问后台程序...
用户2开始访问后台程序...
用户4访问结束。
用户3访问结束。
用户7开始访问后台程序...
用户0开始访问后台程序...
用户8开始访问后台程序...
用户2访问结束。
用户5开始访问后台程序...
用户0访问结束。
用户7访问结束。
用户1开始访问后台程序...
用户8访问结束。
用户6开始访问后台程序...
用户1访问结束。
用户9开始访问后台程序...
用户5访问结束。
用户6访问结束。
用户9访问结束。

从结果上可以看出来，10个人同时进来，但是只能同时3个人访问资源，释放一个允许进来一个

（3）参考资料

http://ifeve.com/semaphore/

第四节 Exchanger

（1）初识Exchanger

此处的Exechanger与前面描述的几个同步机制不一样，前面描述的几个同步机制均是通过计数器来实现的，下面简单描述一下Exechanger，看看Exchanger的应用场景：

注意：从上文描述，我们知道Exchanger用于在成对出现的线程之间（两个线程共有一个Exchanger）交换数据

（2）Exechanger示例

            

（3）参考资料

http://www.cnblogs.com/davidwang456/p/4179488.html