Entrevistador: Fale-me sobre os princípios de CountDownLatch, CyclicBarrier e Semaphore?

CountDownLatch

CountDownLatch é adequado para cenários multithread em que você precisa esperar que todos os sub-threads sejam executados antes de realizar as operações.

Por exemplo, uma reunião de departamento de manhã e alguém no banheiro. Nesse momento, você precisa esperar que todos voltem do banheiro antes de a reunião começar.

classe pública CountDownLatchTest { 
    private static int num = 3; 
    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch (num); 
    private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool (num); 
    public static void main (String [] args) lança Exceção { 
        executorService.submit (() -> { 
            System.out.println ("A 在 上 厕所"); 
            tente { 
                Thread.sleep (4000); 
            } catch (InterruptedException e ) { 
                e.printStackTrace (); 
            } finalmente { 
                countDownLatch.countDown (); 
                System.out.println ("A 上 完了"); 
            } 
        });
        executorService.submit (() -> { 
            System.out.println ("B 在 上 厕所"); 
            tente { 
                Thread.sleep (2000); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace (); 
            } finalmente { 
                countDownLatch. countDown (); 
                System.out.println ("B 上 完了"); 
            } 
        }); 
        executorService.submit (() -> { 
            System.out.println ("C 在 上 厕所"); 
            tente { 
                Thread.sleep (3000); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace (); 
            } finalmente {
                countDownLatch.countDown (); 
                System.out.println ("C está concluído"); 
            } 
        }); 

        System.out.println ("Esperando que todos voltem do banheiro para uma reunião ..."); 
        countDownLatch.await (); 
        Sistema .out.println ("Todos estão bem, comece a reunião ..."); 
        executorService.shutdown (); 

    }}

Resultado da execução do código:

A está no banheiro 
B está no banheiro 
esperando que todos voltem do banheiro para uma reunião ... C está no banheiro 
B terminou 
C terminou 
A está acabado, 
todos estão bem, e a reunião começa ...

Inicialize uma instância CountDownLatch e passe o parâmetro 3, porque temos 3 threads filho, cada vez que o thread filho é executado, o método countDown () é chamado para o contador -1. Depois que o thread principal chama o método await (), ele será bloqueado até que o contador se torne 0. , O método await () retorna e a execução é concluída. A diferença entre ele e o método join () é que join bloqueará o thread filho até o final da execução, enquanto CountDownLatch pode permitir o retorno de await () a qualquer momento e join não pode ser usado com ExecutorService. Em comparação, CountDownLatch é mais flexível.

CountDownLatch é implementado com base em AQS. O estado da variável volátil mantém um estado de contagem regressiva e as variáveis compartilhadas multithread são visíveis.

CountDownLatch通过构造函数初始化传入参数实际为AQS的state变量赋值，维持计数器倒数状态
当主线程调用await()方法时，当前线程会被阻塞，当state不为0时进入AQS阻塞队列等待。
其他线程调用countDown()时，state值原子性递减，当state值为0的时候，唤醒所有调用await()方法阻塞的线程

CyclicBarrier

CyclicBarrier叫做回环屏障，它的作用是让一组线程全部达到一个状态之后再全部同时执行，而且他有一个特点就是所有线程执行完毕之后是可以重用的。

public class CyclicBarrierTest {
    private static int num = 3;
    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(num, () -> {
        System.out.println("所有人都好了，开始开会...");
        System.out.println("-------------------");
    });
    private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(num);
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        executorService.submit(() -> {
            System.out.println("A在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(4000);
                System.out.println("A上完了");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("会议结束，A退出");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {

            }
        });
        executorService.submit(()->{
            System.out.println("B在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("B上完了");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("会议结束，B退出");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {

            }
        });
        executorService.submit(()->{
            System.out.println("C在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("C上完了");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("会议结束，C退出");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {

            }
        });

        executorService.shutdown();

    }}

输出结果为：

A在上厕所
B在上厕所
C在上厕所
B上完了
C上完了
A上完了
所有人都好了，开始开会...-------------------会议结束，A退出
会议结束，B退出
会议结束，C退出

从结果来看和CountDownLatch非常相似，初始化传入3个线程和一个任务，线程调用await()之后进入阻塞，计数器-1，当计数器为0时，就去执行CyclicBarrier中构造函数的任务，当任务执行完毕后，唤醒所有阻塞中的线程。这验证了CyclicBarrier让一组线程全部达到一个状态之后再全部同时执行的效果。

再举个例子来验证CyclicBarrier可重用的效果。

public class CyclicBarrierTest2 {
    private static int num = 3;
    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(num, () -> {
        System.out.println("-------------------");
    });
    private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(num);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        executorService.submit(() -> {
            System.out.println("A在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(4000);
                System.out.println("A上完了");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("会议结束，A退出，开始撸代码");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("C工作结束，下班回家");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {

            }
        });
        executorService.submit(() -> {
            System.out.println("B在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("B上完了");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("会议结束，B退出，开始摸鱼");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("B摸鱼结束，下班回家");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {

            }
        });
        executorService.submit(() -> {
            System.out.println("C在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("C上完了");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("会议结束，C退出，开始摸鱼");
                cyclicBarrier.await();
                System.out.println("C摸鱼结束，下班回家");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {

            }
        });

        executorService.shutdown();

    }}

输出结果：

A在上厕所
B在上厕所
C在上厕所
B上完了
C上完了
A上完了-------------------会议结束，A退出，开始撸代码
会议结束，B退出，开始摸鱼
会议结束，C退出，开始摸鱼-------------------C摸鱼结束，下班回家
C工作结束，下班回家
B摸鱼结束，下班回家-------------------

从结果来看，每个子线程调用await()计数器减为0之后才开始继续一起往下执行，会议结束之后一起进入摸鱼状态，最后一天结束一起下班，这就是可重用。

CyclicBarrier还是基于AQS实现的，内部维护parties记录总线程数，count用于计数，最开始count=parties，调用await()之后count原子递减，当count为0之后，再次将parties赋值给count，这就是复用的原理。

当子线程调用await()方法时，获取独占锁，同时对count递减，进入阻塞队列，然后释放锁
当第一个线程被阻塞同时释放锁之后，其他子线程竞争获取锁，操作同1
直到最后count为0，执行CyclicBarrier构造函数中的任务，执行完毕之后子线程继续向下执行

Semaphore

Semaphore叫做信号量，和前面两个不同的是，他的计数器是递增的。

public class SemaphoreTest {
    private static int num = 3;
    private static int initNum = 0;
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(initNum);
    private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(num);
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        executorService.submit(() -> {
            System.out.println("A在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(4000);
                semaphore.release();
                System.out.println("A上完了");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {

            }
        });
        executorService.submit(()->{
            System.out.println("B在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(2000);
                semaphore.release();
                System.out.println("B上完了");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {

            }
        });
        executorService.submit(()->{
            System.out.println("C在上厕所");
            try {
                Thread.sleep(3000);
                semaphore.release();
                System.out.println("C上完了");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {

            }
        });

        System.out.println("等待所有人从厕所回来开会...");
        semaphore.acquire(num);
        System.out.println("所有人都好了，开始开会...");

        executorService.shutdown();

    }}

输出结果为：

A在上厕所
B在上厕所
等待所有人从厕所回来开会...C在上厕所
B上完了
C上完了
A上完了
所有人都好了，开始开会...

稍微和前两个有点区别，构造函数传入的初始值为0，当子线程调用release()方法时，计数器递增，主线程acquire()传参为3则说明主线程一直阻塞，直到计数器为3才会返回。

Semaphore还还还是基于AQS实现的，同时获取信号量有公平和非公平两种策略

主线程调用acquire()方法时，用当前信号量值-需要获取的值，如果小于0，则进入同步阻塞队列，大于0则通过CAS设置当前信号量为剩余值，同时返回剩余值
子线程调用release()给当前信号量值计数器+1(增加的值数量由传参决定)，同时不停的尝试因为调用acquire()进入阻塞的线程

总结

CountDownLatch通过计数器提供了比join更灵活的多线程控制方式，CyclicBarrier也可以达到CountDownLatch的效果，而且有可复用的特点，Semaphore则是采用信号量递增的方式，开始的时候并不需要关注需要同步的线程个数，并且提供获取信号的公平和非公平策略。

最后

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