四个并发工具类CountDownLatch，CyclicBarrier，Semaphore，Exchanger

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

或者输出

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

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

true

3.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。

4.两个线程进行数据交换的Exchanger

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