JDK5.0 特性线程 同步装置之CountDownLatch 同步装置之CyclicBarrier 线程 BlockingQueue

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

/**
 * CountDownLatch维护一个计数器,等待这个CountDownLatch的线程必须等到计数器为0时才可以继续.
 * 以下实例模拟服务器的启动,假设启动一个服务器需要初始化3个组件,当3个组件初始化完毕后,服务器才算成功启动.
 */
/**
 * 使用CountDownLatch的关键技术点如下:
 * 1.构造CountDownLatch对象时,需要指定计数器的初始值,该值必须大于等于0,一旦对象被创建,其初始值将不能被改变.
 * 2.CountDownLatch的await方法使当前线程进入等待状态,直到计数器为0
 * 3.CountDownLatch的 和countDown方法使计数器减1.
 */
public class CountDownLatchTest {
  /** 初始化组件的线程 */
  public static class ComponentThread implements Runnable {
    CountDownLatch latch; //计数器
    int ID; //组件ID

    //构造方法
    public ComponentThread(CountDownLatch latch, int ID) {
      this.latch = latch;
      this.ID = ID;
    }

    public void run() {
      //初始化组件
      System.out.println("Initializing component " + ID);
      try {
        Thread.sleep(500 * ID);
      }
      catch (InterruptedException e) {}
      System.out.println("Component " + ID + " initialized!");
      latch.countDown(); //将计数器减1
    }
  }

  /** 启动服务器 */
  public static void startServer() throws Exception {
    System.out.println("Server is starting.");
    //初始化一个初始值为3的CountDownLatch
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
    //启动3个线程分别去3个组件
    ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
    service.submit(new ComponentThread(latch, 1));
    service.submit(new ComponentThread(latch, 2));
    service.submit(new ComponentThread(latch, 3));
    service.shutdown();
    latch.await();//等待3个组件的初始化工作都完成
    System.out.println("Server is up!");//当所需的三个组件都完成时,Server就可以继续了
  }

  public static void main(String... args) throws Exception {
    CountDownLatchTest.startServer();
  }
}

 

import java.util.Random;

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

 

/**

 * CyclicBarrier维持一个计数器,与CountDownLatch不同的是,等待这个CyclicBarrier的线程必须等到计数器的某个值时,才可以继续.

 * CyclicBarrier就像它名字的意思一样,可看成是个障碍,所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍.

 */

/**

 * 本实例实现一个数组相邻元素的加法,一个线程给数组的第一个元素赋值,然后等待其它线程给数组第二个元素赋值,然后将第一个元素和第二个元素相加.

 */

/**

 * CyclicBarrier的关键技术点如下:

 * 1.构造CyclicBarrier对象时,需要指定计数器的目标值,计数器的初始值为0.

 * 还可以在构造方法中带一个 Runnable参数,表示当计数器到达目标值是,在等待CyclicBarrier的线程被唤醒之前,指定该Runnable任务.

 * 2.CyclicBarrier的await方法使当前线程进入等待状态,同时将计数器值加1,当计数器到达目标值时,当前线程被唤醒.

 */

public class CyclicBarrierTest {

       public static class ComponentThread implements Runnable{

              CyclicBarrier barrier;//计数器

              int ID;//组件

              int[] array; //数据数组

              public ComponentThread(CyclicBarrier barrier,int[] array,int ID){

                     this.barrier = barrier;

                     this.ID = ID;

                     this.array = array;

              }

              public void run(){

                     try{

                            //Random的nextInt(int n)方法返回一个[0,n)范围内的随机数

                            array[ID] = new Random().nextInt(100);

                            System.out.println("Componet " + ID + " sleep...");

                            barrier.await();

                            System.out.println("Componet " + ID + " awaked...");

                            //计算数据数组中的当前值和后续值

                            int result = array[ID] + array[ID + 1];

                            System.out.println("Component " + ID + " result: " + result);

                     }catch(Exception ex){

                     }

              }

       }

       /**测试CyclicBarrier的用法*/

       public static void testCyclicBarrier(){

              final int[] array = new int[3];

              CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2,new Runnable(){

                     public void run(){

                            System.out.println("testCyclicBarrier run...");

                            array[2] = array[0] + array[1];

                     }

              });

              //启动线程

              new Thread(new ComponentThread(barrier,array,0)).start();

              new Thread(new ComponentThread(barrier,array,1)).start();

       }

       public static void main(String... args){

              CyclicBarrierTest.testCyclicBarrier();

       }

}

importjava.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

 

/**

    本例介绍一个特殊的队列:BlockingQueue,如果BlockQueue是空的,从BlockingQueue取东西的操作将会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue进了东西才会被唤醒.同样,如果BlockingQueue是满的,任何试图往里存东西的操作也会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue里有空间才会被唤醒继续操作.

    本例再次实现11.4线程----条件Condition中介绍的篮子程序,不过这个篮子中最多能放的苹果数不是1,可以随意指定.当篮子满时,生产者进入等待状态,当篮子空时,消费者等待.

 */

/**

    使用BlockingQueue的关键技术点如下:

    1.BlockingQueue定义的常用方法如下:

        1)add(anObject):把anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则招聘异常

        2)offer(anObject):表示如果可能的话,将anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.

        3)put(anObject):把anObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里面有空间再继续.

        4)poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,取不到时返回null

        5)take():取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到Blocking有新的对象被加入为止

    2.BlockingQueue有四个具体的实现类,根据不同需求,选择不同的实现类

        1)ArrayBlockingQueue:规定大小的BlockingQueue,其构造函数必须带一个int参数来指明其大小.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的.

        2)LinkedBlockingQueue:大小不定的BlockingQueue,若其构造函数带一个规定大小的参数,生成的BlockingQueue有大小限制,若不带大小参数,所生成的BlockingQueue的大小由Integer.MAX_VALUE来决定.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的

        3)PriorityBlockingQueue:类似于LinkedBlockQueue,但其所含对象的排序不是FIFO,而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数的Comparator决定的顺序.

        4)SynchronousQueue:特殊的BlockingQueue,对其的操作必须是放和取交替完成的.

    3.LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue比较起来,它们背后所用的数据结构不一样,导致LinkedBlockingQueue的数据吞吐量要大于ArrayBlockingQueue,但在线程数量很大时其性能的可预见性低于ArrayBlockingQueue.         

 */

public class BlockingQueueTest {

       /**定义装苹果的篮子*/

       public static class Basket{

              //篮子,能够容纳3个苹果

              BlockingQueue<String> basket = new ArrayBlockingQueue<String>(3);

              //生产苹果,放入篮子

              public void produce() throws InterruptedException{

                     //put方法放入一个苹果,若basket满了,等到basket有位置

                     basket.put("An apple");

              }

              //消费苹果,从篮子中取走

              public String consume() throws InterruptedException{

                     //take方法取出一个苹果,若basket为空,等到basket有苹果为止

                     return basket.take();

              }

       }

       //测试方法

       public static void testBasket(){

              final Basket basket = new Basket();//建立一个装苹果的篮子

              //定义苹果生产者

              class Producer implements Runnable{

                     public void run(){

                            try{

                                   while(true){

                                          //生产苹果

                                          System.out.println("生产者准备生产苹果: " + System.currentTimeMillis());

                                          basket.produce();

                                          System.out.println("生产者生产苹果完毕: " + System.currentTimeMillis());

                                          //休眠300ms

                                          Thread.sleep(300);

                                   }

                            }catch(InterruptedException ex){

                            }

                     }

              }

              //定义苹果消费者

              class Consumer implements Runnable{

                     public void run(){

                            try{

                                   while(true){

                                          //消费苹果

                                          System.out.println("消费者准备消费苹果: " + System.currentTimeMillis());

                                          basket.consume();

                                          System.out.println("消费者消费苹果完毕: " + System.currentTimeMillis());

                                          //休眠1000ms

                                          Thread.sleep(1000);

                                   }

                            }catch(InterruptedException ex){

                            }

                     }

              }

              ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

              Producer producer = new Producer();

              Consumer consumer = new Consumer();

              service.submit(producer);

              service.submit(consumer);

              //程序运行5s后,所有任务停止

              try{

                     Thread.sleep(5000);

              }catch(InterruptedException ex){

              }

              service.shutdownNow();

       }

       public static void main(String[] args){

              BlockingQueueTest.testBasket();

       }

}