Java高并发编程（十）：Java并发工具类

1. 等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

1.1 应用场景

假如有这样一个需求：我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据，此时可以考虑使用多
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。

1.2 CountDownLatch实现原理

 public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

CountDownLatch 的await方法调用同步锁的acquireSharedInterruptibly()共享式的获取同步状态。当同步状态减少为0，之后阻塞线程被释放。

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CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，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，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。

1.3 使用案例

public class CountDownLatchTest {

    static CountDownLatch c = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(1);
                c.countDown();
                System.out.println(2);
                c.countDown();
            }
        }).start();

        c.await();
        System.out.println("3");
    }

}

2. 同步屏障 CyclicBarrier

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运行。

2.1 CyclicBarrier简介

CyclicBarrier有两种用法：

1. 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。直到同步屏障中的await数量达到构造方法中的值后，同步Barrier屏障释放。
2. 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

2.2 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场景。例如，用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个Sheet保存一个账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

public class BankWaterService implements Runnable{
    private CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(4,this);

    private ExecutorService executor= Executors.newCachedThreadPool();

    private ConcurrentHashMap<String,Integer> sheetBankWaterCount=new ConcurrentHashMap<>();

    private void count(){
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    sheetBankWaterCount.put(Thread.currentThread().getName(),1);
                    System.out.println("本次sheet运行结果："+1);
                    try {
                        cyclicBarrier.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        int result=0;
        for (Integer integer : sheetBankWaterCount.values()) {
            result+=integer;
        }
        System.out.println("运行结果："+result);
    }

    public void stop(){
        executor.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args) {
        BankWaterService bankWaterService=new BankWaterService();
        bankWaterService.count();
        bankWaterService.stop();
    }
}

2.3 CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

1. 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。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。
2. CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得Cyclic-Barrier阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

3. 控制并发线程数的Semaphore

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。

3.1 应用场景

Semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。

3.2 使用案例

public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire();
                        System.out.println("save data");
                        s.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }

        threadPool.shutdown();
    }
}

3.3 其他方法

• intavailablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
• intgetQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
• booleanhasQueuedThreads()：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. 线程间交换数据的Exchanger

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方法，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。

4.1 应用场景

1. 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
2. Exchanger也可以用于校对工作，比如我们需要将纸制银行流水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，并对两个Excel数据进行校对.

4.2 应用案例

public class ExchangerTest {

    private static final Exchanger<String> exgr       = new Exchanger<String>();

    private static ExecutorService         threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {

        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String A = "银行流水A";// A录入银行流水数据
                    String exchangeB = exgr.exchange(A);
                    System.out.println("收到线程B传来的数据："+exchangeB);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });

        threadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    String B = "银行流水B";// B录入银行流水数据
                    String A = exgr.exchange(B);
                    System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是：" + A + "，B录入是：" + B);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        });

        threadPool.shutdown();

    }
}