Java並發包之閉鎖/柵欄/信號量（轉）

本文轉自http://blog.csdn.net/u010942020/article/details/79352560 感謝作者

一、Java多線程總結：

1. 描述線程的類：Runable和Thread都屬於java.lang包。
2. 內置鎖synchronized屬於jvm關鍵字，內置條件隊列操作接口Object.wait()/notify()/notifyAll()屬於java.lang包。
3. 提供內存可見性和防止指令重排的volatile屬於jvm關鍵字。
4. 而java.util.concurrent包(J.U.C)中包含的是java並發編程中有用的一些工具類，包括幾個部分： 
   
   • locks部分：包含在java.util.concurrent.locks包中，提供顯式鎖(互斥鎖和速寫鎖)相關功能。
   • atomic部分：包含在java.util.concurrent.atomic包中，提供原子變量類相關的功能，是構建非阻塞算法的基礎。
   • executor部分：散落在java.util.concurrent包中，提供線程池相關的功能。
   • collections部分：散落在java.util.concurrent包中，提供並發容器相關功能。
   • tools部分：散落在java.util.concurrent包中，提供同步工具類，如信號量、閉鎖、柵欄等功能。 
     

二、同步工具類詳解

1、Semaphore信號量：跟鎖機制存在一定的相似性，semaphore也是一種鎖機制，所不同的是，reentrantLock是只允許一個線程獲得鎖，而信號量持有多個許可(permits)，允許多個線程獲得許可並執行。可以用來控制同時訪問某個特定資源的操作數量，或者同時執行某個指定操作的數量。

示例代碼：

 5 public class TIJ_semaphore { 6 public static void main(String[] args) { 7 ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); 8 final Semaphore semp = new Semaphore(5); // 5 permits 9 10 for (int index = 0; index < 20; index++) { 11 final int NO = index; 12 Runnable run = new Runnable() { 13 public void run() { 14 try { // if 1 permit avaliable, thread will get a permits and go; if no permit avaliable, thread will block until 1 avaliable 15 semp.acquire(); 16 System.out.println("Accessing: " + NO); 17 Thread.sleep((long) (10000); 18 semp.release(); 19 } catch (InterruptedException e) { 20 } 21 } 22 }; 23 exec.execute(run); 24 } 25 exec.shutdown(); 26 }

2、CountDownLatch閉鎖：允許一個或多個線程一直等待，直到其他線程的操作執行完后再執行。CountDownLatch是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值為線程的數量。每當一個線程完成了自己的任務后，計數器的值就會減1。當計數器值到達0時，它表示所有的線程已經完成了任務，然后在閉鎖上等待的線程就可以恢復執行任務。

主要方法： 
1. CountDownLatch.await()：將某個線程阻塞住，直到計數器count=0才恢復執行。 
2. CountDownLatch.countDown()：將計數器count減1。

使用場景： 
1. 實現最大的並行性：有時我們想同時啟動多個線程，實現最大程度的並行性。例如，我們想測試一個單例類。如果我們創建一個初始計數為1的CountDownLatch，並讓所有線程都在這個鎖上等待，那么我們可以很輕松地完成測試。我們只需調用 一次countDown()方法就可以讓所有的等待線程同時恢復執行。 
2. 開始執行前等待n個線程完成各自任務：例如應用程序啟動類要確保在處理用戶請求前，所有N個外部系統已經啟動和運行了。 
3. 死鎖檢測：一個非常方便的使用場景是，你可以使用n個線程訪問共享資源，在每次測試階段的線程數目是不同的，並嘗試產生死鎖。 
4. 計算並發執行某個任務的耗時。

示例代碼：

public class CountDownLatchTest { public void timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException{ final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1); final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads); for(int i = 0; i < nThreads; i++){ Thread t = new Thread(){ public void run(){ try{ startGate.await(); try{ task.run(); }finally{ endGate.countDown(); } }catch(InterruptedException ignored){ } } }; t.start(); } long start = System.nanoTime(); System.out.println("打開閉鎖"); startGate.countDown(); endGate.await(); long end = System.nanoTime(); System.out.println("閉鎖退出，共耗時" + (end-start)); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException{ CountDownLatchTest test = new CountDownLatchTest(); test.timeTasks(5, test.new RunnableTask()); } class RunnableTask implements Runnable{ @Override public void run() { System.out.println("當前線程為：" + Thread.currentThread().getName()); } } 執行結果為： 打開閉鎖 當前線程為：Thread-0 當前線程為：Thread-3 當前線程為：Thread-2 當前線程為：Thread-4 當前線程為：Thread-1 閉鎖退出，共耗時1109195 

3、CyclicBarrier柵欄：用於阻塞一組線程直到某個事件發生。所有線程必須同時到達柵欄位置才能繼續執行下一步操作，且能夠被重置以達到重復利用。而閉鎖是一次性對象，一旦進入終止狀態，就不能被重置。

示例代碼：

public class CyclicBarrierTest { private final CyclicBarrier barrier; private final Worker[] workers; public CyclicBarrierTest(){ int count = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); this.barrier = new CyclicBarrier(count, new Runnable(){ @Override public void run() { System.out.println("所有線程均到達柵欄位置，開始下一輪計算"); } }); this.workers = new Worker[count]; for(int i = 0; i< count;i++){ workers[i] = new Worker(i); } } private class Worker implements Runnable{ int i; public Worker(int i){ this.i = i; } @Override public void run() { for(int index = 1; index < 3;index++){ System.out.println("線程" + i + "第" + index + "次到達柵欄位置，等待其他線程到達"); try { //注意是await,而不是wait barrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); return; } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); return; } } } } public void start(){ for(int i=0;i<workers.length;i++){ new Thread(workers[i]).start(); } } public static void main(String[] args){ new CyclicBarrierTest().start(); } } 執行結果為： 線程0第1次到達柵欄位置，等待其他線程到達 線程1第1次到達柵欄位置，等待其他線程到達 線程2第1次到達柵欄位置，等待其他線程到達 線程3第1次到達柵欄位置，等待其他線程到達 所有線程均到達柵欄位置，開始下一輪計算 線程3第2次到達柵欄位置，等待其他線程到達 線程2第2次到達柵欄位置，等待其他線程到達 線程0第2次到達柵欄位置，等待其他線程到達 線程1第2次到達柵欄位置，等待其他線程到達 所有線程