四个并发工具类CountDownLatch,CyclicBarrier,Semaphore,Exchanger
来源:互联网 发布:本坦库尔fm数据 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 11:01
1.等待多线程完成的CountDownLatch
简介
CountDownLatch 允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
应用场景
假如有这样一个需求,当我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据时,可以考虑使用多线程,每个线程解析一个sheet里的数据,等到所有的
sheet都解析完之后,程序需要提示解析完成。在这个需求中,要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作,最简单的做法是使用join。代码如下:
01
public
class
JoinCountDownLatchTest {
02
03
public
static
void
main(String[] args)
throws
InterruptedException {
04
Thread parser1 =
new
Thread(
new
Runnable() {
05
@Override
06
public
void
run() {
07
}
08
});
09
10
Thread parser2 =
new
Thread(
new
Runnable() {
11
@Override
12
public
void
run() {
13
System.out.println(
"parser2 finish"
);
14
}
15
});
16
17
parser1.start();
18
parser2.start();
19
parser1.join();
20
parser2.join();
21
System.out.println(
"all parser finish"
);
22
}
23
24
}
join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活,如果join线程存活则让当前线程永远wait,代码片段如下,
wait(0)表示永远等待下去。
1
while
(isAlive()) {
2
wait(
0
);
3
}
直到join线程中止后,线程的this.notifyAll会被调用,调用notifyAll是在JVM里实现的,所以JDK里看不到,有兴趣的同学可以看看JVM源码。
JDK不推荐在线程实例上使用wait,notify和notifyAll方法。
而在JDK1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的这个功能,并且比join的功能更多。
01
public
class
CountDownLatchTest {
02
03
static
CountDownLatch c =
new
CountDownLatch(
2
);
04
05
public
static
void
main(String[] args)
throws
InterruptedException {
06
new
Thread(
new
Runnable() {
07
@Override
08
public
void
run() {
09
System.out.println(
1
);
10
c.countDown();
11
System.out.println(
2
);
12
c.countDown();
13
}
14
}).start();
15
16
c.await();
17
System.out.println(
"3"
);
18
}
19
20
}
CountDownLatch的构造函数接收一个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。
当我们调用一次CountDownLatch的countDown方法时,N就会减1,CountDownLatch的await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,你只需要把这个CountDownLatch的
引用传递到线程里。
其他方法
如果有某个解析sheet的线程处理的比较慢,我们不可能让主线程一直等待,所以我们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。join也有类似的方法。
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。、
2.同步屏障CyclicBarrier
简介
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干活。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞。
实例代码如下:
01
public
class
CyclicBarrierTest {
02
03
static
CyclicBarrier c =
new
CyclicBarrier(
2
);
04
05
public
static
void
main(String[] args) {
06
new
Thread(
new
Runnable() {
07
08
@Override
09
public
void
run() {
10
try
{
11
c.await();
12
}
catch
(Exception e) {
13
14
}
15
System.out.println(
1
);
16
}
17
}).start();
18
19
try
{
20
c.await();
21
}
catch
(Exception e) {
22
23
}
24
System.out.println(
2
);
25
}
26
}
输出
1
2
2
1
或者输出
1
1
2
2
如果把new CyclicBarrier(2)修改成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。代码如下:
01
public
class
CyclicBarrierTest2 {
02
03
static
CyclicBarrier c =
new
CyclicBarrier(
2
,
new
A());
04
05
public
static
void
main(String[] args) {
06
new
Thread(
new
Runnable() {
07
08
@Override
09
public
void
run() {
10
try
{
11
c.await();
12
}
catch
(Exception e) {
13
14
}
15
System.out.println(
1
);
16
}
17
}).start();
18
19
try
{
20
c.await();
21
}
catch
(Exception e) {
22
23
}
24
System.out.println(
2
);
25
}
26
27
static
class
A
implements
Runnable {
28
29
@Override
30
public
void
run() {
31
System.out.println(
3
);
32
}
33
34
}
35
36
}
输出
1
3
2
1
3
2
CyclicBarrier的应用场景
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的应用场景。比如我们用一个Excel保存了用户所有银行流水,每个Sheet保存一个帐户近一年的每笔银行流水,现在需要统计用户的日均银行流水,先用多线程处理每个sheet里的银行流水,都执行完之后,得到每个sheet的日均银行流水,最后,再用barrierAction用这些线程的计算结果,计算出整个Excel的日均银行流水。
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,比如如果计算发生错误,可以重置计数器,并让线程们重新执行一次。
- CyclicBarrier还提供其他有用的方法,比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。比如以下代码执行完之后会返回true。
isBroken的使用代码如下:
01
import
java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
02
import
java.util.concurrent.CyclicBarrier;
03
04
public
class
CyclicBarrierTest3 {
05
06
static
CyclicBarrier c =
new
CyclicBarrier(
2
);
07
08
public
static
void
main(String[] args)
throws
InterruptedException, BrokenBarrierException {
09
Thread thread =
new
Thread(
new
Runnable() {
10
11
@Override
12
public
void
run() {
13
try
{
14
c.await();
15
}
catch
(Exception e) {
16
}
17
}
18
});
19
thread.start();
20
thread.interrupt();
21
try
{
22
c.await();
23
}
catch
(Exception e) {
24
System.out.println(c.isBroken());
25
}
26
}
27
}
输出
true3.控制并发线程数的Semaphore
简介
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。很多年以来,我都觉得从字面上很难理解Semaphore所表达的含义,只能把它比作是控制流量的红绿灯,比如XX马路要限制流量,只允许同时有一百辆车在这条路上行使,其他的都必须在路口等待,所以前一百辆车会看到绿灯,可以开进这条马路,后面的车会看到红灯,不能驶入XX马路,但是如果前一百辆中有五辆车已经离开了XX马路,那么后面就允许有5辆车驶入马路,这个例子里说的车就是线程,驶入马路就表示线程在执行,离开马路就表示线程执行完成,看见红灯就表示线程被阻塞,不能执行。
应用场景
Semaphore可以用于做流量控制,特别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的读取,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,这时我们必须控制只有十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,我们就可以使用Semaphore来做流控,代码如下:
01
public
class
SemaphoreTest {
02
03
private
static
final
int
THREAD_COUNT =
30
;
04
05
private
static
ExecutorService threadPool = Executors
06
.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
07
08
private
static
Semaphore s =
new
Semaphore(
10
);
09
10
public
static
void
main(String[] args) {
11
for
(
int
i =
0
; i < THREAD_COUNT; i++) {
12
threadPool.execute(
new
Runnable() {
13
@Override
14
public
void
run() {
15
try
{
16
s.acquire();
17
System.out.println(
"save data"
);
18
s.release();
19
}
catch
(InterruptedException e) {
20
}
21
}
22
});
23
}
24
25
threadPool.shutdown();
26
}
27
}
在代码中,虽然有30个线程在执行,但是只允许10个并发的执行。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(10)表示允许10个线程获取许可证,也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单,首先线程使用Semaphore的acquire()获取一个许可证,使用完之后调用release()归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。
其他方法
Semaphore还提供一些其他方法:
- int availablePermits() :返回此信号量中当前可用的许可证数。
- int getQueueLength():返回正在等待获取许可证的线程数。
- boolean hasQueuedThreads() :是否有线程正在等待获取许可证。
- void reducePermits(int reduction) :减少reduction个许可证。是个protected方法。
- Collection getQueuedThreads() :返回所有等待获取许可证的线程集合。是个protected方法。
简介
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,它会一直等待第二个线程也执行exchange,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象,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也可以用于校对工作。比如我们需要将纸制银流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之后,系统需要加载这两个Excel,并对这两个Excel数据进行校对,看看是否录入的一致。代码如下:
01
public
class
ExchangerTest {
02
03
private
static
final
Exchanger<String> exgr =
new
Exchanger<String>();
04
05
private
static
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(
2
);
06
07
public
static
void
main(String[] args) {
08
09
threadPool.execute(
new
Runnable() {
10
@Override
11
public
void
run() {
12
try
{
13
String A =
"银行流水A"
;
// A录入银行流水数据
14
exgr.exchange(A);
15
}
catch
(InterruptedException e) {
16
}
17
}
18
});
19
20
threadPool.execute(
new
Runnable() {
21
@Override
22
public
void
run() {
23
try
{
24
String B =
"银行流水B"
;
// B录入银行流水数据
25
String A = exgr.exchange(
"B"
);
26
System.out.println(
"A和B数据是否一致:"
+ A.equals(B) +
",A录入的是:"
27
+ A +
",B录入是:"
+ B);
28
}
catch
(InterruptedException e) {
29
}
30
}
31
});
32
33
threadPool.shutdown();
34
35
}
36
}
其他方法
如果两个线程有一个没有到达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。
转载:并发编程网 – ifeve.com- 四个并发工具类CountDownLatch,CyclicBarrier,Semaphore,Exchanger
- 四个并发工具类CountDownLatch,CyclicBarrier,Semaphore,Exchanger
- JAVA多线程系列--并发工具类(CountDownLatch, CyclicBarrier, Semaphore,Exchanger)
- 第8章 Java中的并发工具类(CountDownLatch CyclicBarrier Semaphore Exchanger)
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