在JDK的并发包里提供了几个非常有用的并发工具类。CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore工具类提供了一种并发程控制的手段，Exchanger工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段。本博文将详细的介绍CountDownLatch/CyclicBarrier/Semaphore原理和底层实现。
一、倒计时器CountDownLatch在多线程协作完成业务功能时，有时候需要等待其他多个线程完成任务之后，主线程才能继续往下执行业务功能，在这种的业务场景下，通常可以使用 Thread 类的 join 方法，让主线程等待被 join 的线程执行完之后，主线程才能继续往下执行。当然，使用线程间消息通信机制也可以完成。其实，java 并发工具类中为我们提供了类似“倒计时”这样的工具类，可以十分方便的完成所说的这种业务场景。
为了能够理解 CountDownLatch，举一个很通俗的例子，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）继续往下执行。
package com.zhuangxiaoyan.java.base.javabase;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @Classname CountDownLatchTest
* @Description TODO
* @Date 2022/5/20 8:37
* @Created by xjl
*/
public class CountDownLatchTest {
private static CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
//用来表示裁判员需要维护的是6个运动员
private static CountDownLatch endSignal = new CountDownLatch(6);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
executorService.execute(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运动员等待裁判员响哨！！！");
startSignal.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在全力冲刺");
endSignal.countDown();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 到达终点");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
System.out.println("裁判员发号施令啦！！！");
startSignal.countDown();
endSignal.await();
System.out.println("所有运动员到达终点，比赛结束！");
executorService.shutdown();
}
}
该示例代码中设置了两个 CountDownLatch，第一个endSignal用于控制让 main 线程（裁判员）必须等到其他线程（运动员）让 CountDownLatch 维护的数值 N 减到 0 为止。
另一个startSignal用于让 main 线程对其他线程进行“发号施令”，startSignal 引用的 CountDownLatch 初始值为 1，而其他线程执行的 run 方法中都会先通过 startSignal.await()让这些线程都被阻塞，直到 main 线程通过调用startSignal.countDown();，将值 N 减 1，CountDownLatch 维护的数值 N 为 0 后，其他线程才能往下执行，并且，每个线程执行的 run 方法中都会通过endSignal.countDown();对endSignal维护的数值进行减一，由于往线程池提交了 6 个任务，会被减 6 次，所以endSignal维护的值最终会变为 0，因此 main 线程在latch.await();阻塞结束，才能继续往下执行。
private static CountDownLatch endSignal = new CountDownLatch(6);
构造方法会传入一个整型数 N，之后调用 CountDownLatch 的countDown方法会对 N 减一，知道 N 减到 0 的时候，当前调用await方法的线程继续执行。
CountDownLatch 的方法不是很多，将它们一个个列举出来：
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；另外，需要注意的是，当调用 CountDownLatch 的 countDown 方法时，当前线程是不会被阻塞，会继续往下执行，比如在该例中会继续输出pool-1-thread-4 到达终点。
CyclicBarrier 也是一种多线程并发控制的实用工具，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。
为了理解 CyclicBarrier，这里举一个通俗的例子。开运动会时，会有跑步这一项运动，我们来模拟下运动员入场时的情况，假设有 6 条跑道，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。CyclicBarrier 的执行示意图如下：
当多个线程都达到了指定点后，才能继续往下继续执行。这就有点像报数的感觉，假设 6 个线程就相当于 6 个运动员，到赛道起点时会报数进行统计，如果刚好是 6 的话，这一波就凑齐了，才能往下执行。**CyclicBarrier 在使用一次后，下面依然有效，可以继续当做计数器使用，这是与 CountDownLatch 的区别之一。**这里的 6 个线程，也就是计数器的初始值 6，是通过 CyclicBarrier 的构造方法传入的。
package com.zhuangxiaoyan.java.base.javabase;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @Classname CyclicBarrierTest
* @Description TODO
* @Date 2022/5/20 9:15
* @Created by xjl
*/
public class CyclicBarrierTest {
//指定必须有6个运动员到达才行
private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(6, () -> {
System.out.println("所有运动员入场，裁判员一声令下！！！！！");
});
public static void main(String[] args) {
System.out.println("运动员准备进场，全场欢呼............");
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
service.execute(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运动员，进场");
barrier.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运动员出发");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
}
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 CyclicBarrier 是可以复用的。
允许多个线程同时访问：synchronized和 ReentrantLock都是一次只允许一个线程访问某个资源，Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。
信号量主要用于两个目的：一个是用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数控制。
package com.zhuangxiaoyan.java.base.javabase.juc;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @Classname SemaphoreTest
* @Description TODO
* @Date 2022/5/20 21:12
* @Created by xjl
*/
public class SemaphoreTest {
private static final int taskNum = 6;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
// 假设停车场只有3个停车位，此时有6辆车来竞争停车位
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
for (int i = 1; i {
try {
// 线程获取到锁
semaphore.acquire();
System.out.println(num + " 号车获取到停车位.......");
// 给每辆车生成随机的停车时间
TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(3));
System.out.println(num + " 号车已经离开了停车位------");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放所持有的锁
semaphore.release();
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
}
博文参考
