CountDownLatch、CyclicBarrier让线程听我号令

大家好我是佩奇

发布于 2022-8-5 17:55

浏览

0收藏

发号施令 CountDownLatch、CyclicBarrier
如何让线程听我号令攻打城池，冲鸭......

如何让一个线程等待其他线程执行结束再继续执行，且听我一一道来。

如何让马拉松比赛运动员分批开跑？

CountDownLatch、CyclicBarrier让线程听我号令-鸿蒙开发者社区

1. CountDownLatch 计数器

在多线程协作完成任务的时候，有时候需要等待其他线程完成任务后，主线程才能继续执行，我们可以使用 Thread 类的 join() 方法，让主线程等待被 join 的线程执行完毕主线程再执行。当然也可以通过线程的消息通信实现，但是今天我们的并发包里面有一个工具，十分方便的完成这个任务。

举个通俗的例子，二狗子带兵打仗，一共 6 个小兵仔，没有二狗子将军的号令，是不敢贸然出击，出击就变炮灰了。所以二狗子一声令下，所有的小兵仔就发了疯的嘴巴喊着冲鸭，去杀敌。

小兵仔就像 6 个线程，二狗子就像是主线程，当线程调用 CountDownLatch.countDown() 方法时就会对计数器的值 -1，直到计数器的值为 0 的时候，调用 await 方法的线程才能继续往下执行。

CountDownLatch 的重要方法

public CountDownLatch(int count)

构造方法传入一个整形数字 N，之后调用 countDown() 方法会对 N 减 1，直到 N = 0 ，当前调用 await 方法的线程继续执行，否则会被阻塞。

CountDownLatch 的方法不是很多，将它们一个个列举出：

await() throws InterruptedException：调用该方法的线程等到构造方法传入的 N 减到 0 的时候，才能继续往下执行；
await(long timeout, TimeUnit unit)：与上面的 await 方法功能一致，只不过这里有了时间限制，调用该方法的线程等到指定的 timeout 时间后，不管 N 是否减至为 0，都会继续往下执行；
countDown()：使 CountDownLatch 初始值 N 减 1；
long getCount()：获取当前 CountDownLatch 维护的值；

1.1 听我号令攻城
二狗子将军带兵攻城，定义我们的小兵仔

publicclass Soldier implements Runnable {

    privatefinal CountDownLatch doneSignal;

    public Soldier(CountDownLatch doneSignal) {
        this.doneSignal = doneSignal;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("name = " + Thread.currentThread().getName() + "上阵杀敌，冲鸭");
        } finally {
            // 对计数器 - 1
            doneSignal.countDown();
        }
    }
}

接着模拟我们的二狗子发号施令

publicclass Commander {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        int n = 6;
        // 初始化计数器为 6
        CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(n);
        ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(6);

        //模拟 6 个线程
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            e.execute(new Soldier("doneSignal" + i, doneSignal));
        }
        System.out.println("所有士兵就位，听我号令");
        // 当 doneSignal 每次执行 countDown - 1 操作，变成了 0 之后所有线程唤醒执行
        doneSignal.await();
        System.out.println("攻城成功，回去邀功领赏吃羊蝎子补一补");
        e.shutdown();
    }

}

1.2 跑步比赛，计时开始
运动员进行跑步比赛时，假设有 6 个运动员参与比赛，裁判员在终点会为这 6 个运动员分别计时，可以想象没当一个运动员到达终点的时候，对于裁判员来说就少了一个计时任务。

直到所有运动员都到达终点了，裁判员的任务也才完成。这 6 个运动员可以类比成 6 个线程，当线程调用 CountDownLatch.countDown 方法时就会对计数器的值减一，直到计数器的值为 0 的时候，裁判员（调用 await 方法的线程）才能继续往下执行。

publicclass Running {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 裁判开始信号
        CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);

        int number = 4;
        // 运动员跑步完成信号
        CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(number);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(number);
        for (int i = 0; i < number; i++) {
            finalint currnt = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    // 让所有的运动员等待阻塞在这里，直到信号发出
                    startSignal.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "迈开步子使劲跑");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(currnt);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // 跑完后
                    doneSignal.countDown();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "到达终点");
                }
            });
        }
        System.out.println("裁判员发号施令啦！！！");
        startSignal.countDown();
        //等待所有的运动员跑完
        doneSignal.await();
        System.out.println("所有运动员到达终点，比赛结束!");

        executorService.shutdown();

    }
}

2. 循环栅栏：CyclicBarrier
和 CountDownLatch 一样具有等待计数的功能，但是相比于 CountDownLatch 功能更加强大。

CountDownLatch、CyclicBarrier让线程听我号令-鸿蒙开发者社区

还是一个通俗的例子，马拉松运动，很多运动员，但是跑道有限每次只允许 6 个运动员开跑，每次等到 6 个就开跑，然后下一队，一直循环....

在比赛开始时，就需要 6 个运动员在比赛开始的时候都站在起点了，裁判员吹哨后才能开始跑步。跑道起点就相当于“barrier”，是临界点，而这 6 个运动员就类比成线程的话，就是这 6 个线程都必须到达指定点了，意味着凑齐了一波，然后才能继续执行，否则每个线程都得阻塞等待，直至凑齐一波即可。cyclic 是循环的意思，也就是说 CyclicBarrier 当多个线程凑齐了一波之后，仍然有效，可以继续凑齐下一波。

//等到所有的线程都到达指定的临界点
await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException

//与上面的await方法功能基本一致，只不过这里有超时限制，阻塞等待直至到达超时时间为止
await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
BrokenBarrierException, TimeoutException

//获取当前有多少个线程阻塞等待在临界点上
int getNumberWaiting()

//用于查询阻塞等待的线程是否被中断
boolean isBroken()


//将屏障重置为初始状态。如果当前有线程正在临界点等待的话，将抛出BrokenBarrierException。
void reset()

另外需要注意的是，CyclicBarrier 提供了这样的构造方法：

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

可以用来，当指定的线程都到达了指定的临界点的时，接下来执行的操作可以由 barrierAction 传入即可。一个回调方式。

马拉松代码示例

publicclass CyclicBarrierDemo {

    private CyclicBarrier cyclicBarrier;

    private ExecutorService executorService;

    public CyclicBarrierDemo(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        executorService = Executors.newFixedThreadPool(cyclicBarrier.getParties());
    }

    public void startRun() {

        for (int i = 0; i < cyclicBarrier.getParties() * 3; i++) {
            int current = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运动员，准备就绪");
                    // 每个运动员执行到这就会 对 N - 1，变为 0 则放一波线程运行，然后重置 N
                    cyclicBarrier.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运动员，开跑");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(current);
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

单元测试

publicclass CyclicBarrierDemoTest {

    @Test
    public void testRun() throws InterruptedException {
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(4, () -> System.out.println("所有运动员准备就绪，裁判发令..."));
        CyclicBarrierDemo cyclicBarrierDemo = new CyclicBarrierDemo(cyclicBarrier);
        cyclicBarrierDemo.startRun();
        Thread.currentThread().join();
    }
}

3. CountDownLatch 与 CyclicBarrier 的比较

CountDownLatch 与 CyclicBarrier 都是用于控制并发的工具类，都可以理解成维护的就是一个计数器，但是这两者还是各有不同侧重点的：
CountDownLatch 一般用于某个线程 A 等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；而 CyclicBarrier 一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；CountDownLatch 强调一个线程等多个线程完成某件事情。CyclicBarrier 是多个线程互等，等大家都完成，再携手共进。
调用 CountDownLatch 的 countDown 方法后，当前线程并不会阻塞，会继续往下执行；而调用 CyclicBarrier 的 await 方法，会阻塞当前线程，直到 CyclicBarrier 指定的线程全部都到达了指定点的时候，才能继续往下执行；
CountDownLatch 方法比较少，操作比较简单，而 CyclicBarrier 提供的方法更多，比如能够通过 getNumberWaiting()，isBroken()这些方法获取当前多个线程的状态，并且 CyclicBarrier 的构造方法可以传入 barrierAction，指定当所有线程都到达时执行的业务功能；
CountDownLatch 是不能复用的，而 CyclicLatch 是可以复用的。

4.总结
CountDownLatch 和 CyclicBarrier 是 Java 并发包提供的两个非常易用的线程同步工具类，这两个工具类用法的区别在这里还是有必要再强调一下：

CountDownLatch 主要用来解决一个线程等待多个线程的场景，可以类比旅游团团长要等待所有的游客到齐才能去下一个景点；

而CyclicBarrier 是一组线程之间互相等待，更像是几个驴友之间不离不弃。除此之外 CountDownLatch 的计数器是不能循环利用的，也就是说一旦计数器减到 0，再有线程调用 await()，该线程会直接通过。

但CyclicBarrier 的计数器是可以循环利用的，而且具备自动重置的功能，一旦计数器减到 0 会自动重置到你设置的初始值。除此之外，CyclicBarrier 还可以设置回调函数，可以说是功能丰富。

文章转载自公众号：码哥字节

分类

标签