CountDownLatch、CyclicBarrier让线程听我号令

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-开源基础软件社区

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 :

  1. 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;
  2. 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;
  3. countDown():使 CountDownLatch 初始值 N 减 1;
  4. 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-开源基础软件社区

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

  1. 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。
  2. 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;
  3. 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;
  4. 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;

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。

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

已于2022-8-5 17:55:19修改
收藏
回复
举报
回复
添加资源
添加资源将有机会获得更多曝光,你也可以直接关联已上传资源 去关联
    相关推荐