Java多線程並發系列之閉鎖（Latch）和柵欄（CyclicBarrier）

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JAVA並發包中有三個類用於同步一批線程的行為，分別是閉鎖（Latch），信號燈（Semaphore）和柵欄（CyclicBarrier）。本貼主要說明閉鎖（Latch）和柵欄（CyclicBarrier）。

1. 閉鎖（Latch）

閉鎖（Latch）  —— 確保多個線程在完成各自事務后，才會打開繼續執行后面的內容，否則一直等待。

計數器閉鎖（CountDownLatch） —— 是JDK5+ 里面閉鎖的一個實現，允許一個或多個線程等待某個事件的發生。CountDownLatch  有個正數的計數器，countDown(); 對計數器做減法操作，await(); 等待計數器 = 0。所有await的線程都會阻塞，直到計數器為0或者等待線程中斷或者超時。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 申明，等待事件數量 5次
        CountDownLatch await = new CountDownLatch(5);
 
        // 依次創建並啟動處於等待狀態的5個MyRunnable線程
        for (int i = 1; i < 6; ++i) {
            new Thread(new MyRunnable(await, i)).start();
        }
 
        System.out.println("等待線程開始工作......");
        await.await();
        System.out.println("結束!");
}

public static class MyRunnable implements Runnable {
 
    private final CountDownLatch await;
    private final int num;
 
    public MyRunnable(CountDownLatch await, int num) {
        this.await = await;
        this.num  =  num;
    }
 
    public void run() {
        try {
            System.out.println("線程"+num+"執行完畢。");
            await.countDown(); // 當前事件執行完畢，計數 -1
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
} 

運行結果：
等待線程開始工作......
線程1執行完畢。
線程2執行完畢。
線程3執行完畢。
線程4執行完畢。
線程5執行完畢。
結束!

 

流程如圖所示：

 圖1 - CountDownLatch 處理流程

 

2. 柵欄（CyclicBarrier）

柵欄類似於閉鎖，它能阻塞一組線程直到某個事件發生。 柵欄與閉鎖的關鍵區別在於，所有的線程必須同時到達柵欄位置，才能繼續執行。閉鎖用於等待事件，而柵欄用於等待其他線程。

場景： 比如甲乙丙三人一把椅子，甲做椅子腿，乙做椅子面，丙做椅子靠背。等3人都做成后，就可以組裝成椅子了。這是一種並行迭代，將一個問題分成很多子問題，當一系列的子問題都解決之后（所有子問題線程都已經await(); ），此時將柵欄打開，所有子問題線程被釋放，而柵欄位置可以留着下次使用。

 示例如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    // 申明，等待線程數量 3次
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);

    // 依次創建並啟動處於等待狀態的3個MyRunnable2線程
    new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子腿")).start();
    new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子面")).start();
    new Thread(new ChairRunnable(cyclicBarrier, "椅子背")).start();
}

public static class ChairRunnable implements Runnable {
    private final CyclicBarrier cyclicBarrier;
    private final String event;

    public ChairRunnable(CyclicBarrier cyclicBarrier, String event) {
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        this.event = event;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println("開始做【" + event + "】。");
            Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
            cyclicBarrier.await(); // 等待其他線程完成
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("【" + event + "】做好了， 我們來一起組裝吧！");
    }
}

運行結果：
開始做【椅子腿】。
開始做【椅子背】。
開始做【椅子面】。
【椅子面】做好了， 我們來一起組裝吧！
【椅子腿】做好了， 我們來一起組裝吧！
【椅子背】做好了， 我們來一起組裝吧！

 

流程如下圖所示：

圖2 - CyclicBarrier 處理流程