并发编程 04——闭锁CountDownLatch 与 栅栏CyclicBarrier

Java并发编程实践 目录

并发编程 01—— ThreadLocal

并发编程 02—— ConcurrentHashMap

并发编程 03—— 阻塞队列和生产者-消费者模式

并发编程 04—— 闭锁CountDownLatch 与 栅栏CyclicBarrier

并发编程 05—— Callable和Future

并发编程 06—— CompletionService : Executor 和 BlockingQueue

并发编程 07—— 任务取消

并发编程 08—— 任务取消 之 中断

并发编程 09—— 任务取消 之 停止基于线程的服务

并发编程 10—— 任务取消 之 关闭 ExecutorService

并发编程 11—— 任务取消 之 “毒丸”对象

并发编程 12—— 任务取消与关闭 之 shutdownNow 的局限性

并发编程 13—— 线程池的使用 之 配置ThreadPoolExecutor 和 饱和策略

并发编程 14—— 线程池 之 整体架构

并发编程 15—— 线程池 之 原理一

并发编程 16—— 线程池 之 原理二

并发编程 17—— Lock

并发编程 18—— 使用内置条件队列实现简单的有界缓存

并发编程 19—— 显式的Conditon 对象

并发编程 20—— AbstractQueuedSynchronizer 深入分析

并发编程 21—— 原子变量和非阻塞同步机制

概述

第1部分 闭锁

第2部分 栅栏

参考

第1部分 闭锁

　　闭锁是一种同步工具类，可以延迟线程的进度直到其到达终止状态。闭锁的作用相当于一扇门：在闭锁到达结束状态之前，这扇门一直是关闭的，并且没有任何线程能通过，当到达结束状态时，这扇门会打开并允许所有的线程通过。当闭锁到达结束状态后，将不会再改变状态，因此这扇门将永远保持打开状态。闭锁可以用来确保某些活动直到其他活动都完成后才继续执行。例如：

• 确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行。
• 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动。
• 等待直到某个操作的所有参与者都就绪再继续执行。

 　　CountDownLatch是一种灵活的闭锁实现，可以再上述各种情况中使用，它可以使一个或多个线程等待一组事件发生。闭锁状态包括一个计数器，该计数器被初始化为一个正数，表示需要等待的事件数量。countDown方法递减计数器，表示有一个事件已经发生了，而await方法等待计数器达到0，这表示所有需要等待的事件都已经发生。如果计数器的值非零，那么await会一直阻塞直到计数器为零，或者等待中的线程中断，或者等待超时。

　　下面程序TestHarness中给出了闭锁的两种常见用法。TestHarness创建一定数量的线程，利用它们并发地执行指定的任务。它使用两个闭锁，分别表示“起始门”和“结束门”。起始门计数器的初始值为1，而结束门计数器的初始值为工作线程的数量。每个工作线程首先要做到就是在启动门上等待，从而确保所有线程都就绪后才开始执行。而每个线程要做的最后一个事情是将调用结束门的countDown方法减1 ，这能使主线程高效低等待直到所有工作线程都执行完毕，因此可以统计所消耗的时间。

package com.concurrency.BasicBuildingBlocks_5;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * 5.11 在计时测试中使用CountDownLatch来启动和停止线程（闭锁）
 * 
 * @ClassName: TestHarness
 * TODO
 * @author Xingle
 * @date 2014-9-4 下午2:56:29
 */
public class TestHarness {
    
    int nThreads ;
    Runnable task;
    public TestHarness(int nThreads,Runnable task){
        this.nThreads = nThreads;
        this.task = task;
    } 
     public long timeTask(){
         
        //起始门
        final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);
        //结束门
        final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads);
         for(int i = 0;i<nThreads;i++){
             Thread thread = new Thread(){
                 public void run(){
                     //每个线程在启动门上等待，确保所有线程都就绪后才开始
                     try {
                        startGate.await();//等待计数器达到0 
                        try{
                            task.run();
                        }finally{
                            //每个线程结束后，调用countDown递减计数器，表示一个事件发生
                            endGate.countDown();
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                     
                 }
             };
             thread.start();
         }
         long start = System.nanoTime();
         //启动门发生
         startGate.countDown();
         try {
             //等待结束门的线程都结束
            endGate.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long end = System.nanoTime();
        return end - start;
     }
}

测试程序：

package com.concurrency.BasicBuildingBlocks_5;

/**
 * 
 * @ClassName: TestHarnessMain
 * TODO
 * @author Xingle
 * @date 2014-9-4 下午3:27:18
 */
public class TestHarnessMain {

    public static void main(String[] args){
        Runnable task = new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行任务，我是线程："+Thread.currentThread().getName());                
            }
        };
        int count = 10;
        TestHarness testHarness = new TestHarness(count, task );
        long time = testHarness.timeTask();
        System.out.println("闭锁  测试结果  执行"+count+"个线程"+" 一共用时："+time);
    }
}

执行结果：

第2部分 栅栏

上面已经看到通过闭锁来启动一组相关的操作，或者等待一组相关的操作结束。闭锁是一次性对象，一旦进入终止状态，就不能被重置。

　　栅栏（Barrier）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。（栅栏则是所有线程相互等待，直到所有线程都到达某一点时才打开栅栏，然后线程可以继续执行。）

　　CyclicBarrier 可以使一定数量的参与方反复地在栅栏位置汇集，它在并行迭代算法中非常有用。CyclicBarrier支持一个可选的 Runnable 参数，当线程通过栅栏时，runnable对象将被调用。构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，当线程在CyclicBarrier对象上调用await()方法时，栅栏的计数器将增加1，当计数器为parties时，栅栏将打开。

package com.concurrency.BasicBuildingBlocks_5;

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

/**
 * 
 * @ClassName: Worker 
 * @author Xingle
 * @date 2014-9-9 上午10:41:17
 */
public class Worker implements Runnable {

    final int id;
    final CyclicBarrier barrier;

    public Worker(int id, CyclicBarrier barrier) {
        this.id = id;
        this.barrier = barrier;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.id + " start to run!");
        try {
            this.barrier.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

测试程序：

package com.concurrency.BasicBuildingBlocks_5;

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

/**
 * 
 * @ClassName: Beer
 * 有五个人参与跑步，规定五个人只要都跑到终点了，大家可以喝啤酒。但是，只要有一个人没到终点，就不能喝。 这里没有要求大家要同时起跑
 * @author Xingle
 * @date 2014-9-9 上午10:40:36
 */
public class Beer {
    public static void main(String[] args){
        final int count = 5;
        final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(count, new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("drink beer!");
            }
        });
        
        for (int i =0; i<count;i++){
            new Thread(new Worker(i, barrier)).start();
        }
    }
    
}

执行结果：

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参考：

1.《并发编程实战》 5.5 同步工具类

2.尽量把CyclicBarrier和CountDownLatch的区别说通俗点