Java中CyclicBarrier和CountDownLatch的用法與區(qū)別
前言
CyclicBarrier和CountDownLatch這兩個(gè)工具都是在java.util.concurrent包下,并且平時(shí)很多場景都會(huì)使用到。
本文將會(huì)對(duì)兩者進(jìn)行分析,記錄他們的用法和區(qū)別。
CountDownLatch
CountDownLatch是一個(gè)非常實(shí)用的多線程控制工具類,稱之為“倒計(jì)時(shí)器”,它允許一個(gè)或多個(gè)線程一直等待,直到其他線程的操作執(zhí)行完后再執(zhí)行。
CountDownLatch是通過一個(gè)計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的,計(jì)數(shù)器的初始值為線程的數(shù)量。每當(dāng)一個(gè)線程完成了自己的任務(wù)后,計(jì)數(shù)器的值就會(huì)減1。當(dāng)計(jì)數(shù)器值到達(dá)0時(shí),它表示所有的線程已經(jīng)完成了任務(wù),然后在閉鎖上等待的線程就可以恢復(fù)執(zhí)行任務(wù)。
特點(diǎn)
只能一次性使用(不能reset);主線程阻塞;某個(gè)線程中斷將永遠(yuǎn)到不了屏障點(diǎn),所有線程都會(huì)一直等待。
例子
//創(chuàng)建初始化3個(gè)線程的線程池 private ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3); //保存每個(gè)學(xué)生的平均成績 private ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); private CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3); private void count() { for (int i = 0; i < 3; i++) { threadPool.execute(() -> { //計(jì)算每個(gè)學(xué)生的平均成績,代碼略()假設(shè)為60~100的隨機(jī)數(shù) int score = (int) (Math.random() * 40 + 60); try { Thread.sleep(Math.round(Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } map.put(Thread.currentThread().getName(), score); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "同學(xué)的平均成績?yōu)? + score); countDownLatch.countDown(); }); } this.run(); threadPool.shutdown(); } @Override public void run() { try { countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } int result = 0; Set<String> set = map.keySet(); for (String s : set) { result += map.get(s); } System.out.println("三人平均成績?yōu)?" + (result / 3) + "分"); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long now = System.currentTimeMillis(); CyclicBarrier1 cb = new CyclicBarrier1(); cb.count(); Thread.sleep(100); long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - now); }
最終輸出結(jié)果:
其中1194ms證明了會(huì)阻塞主線程。
CyclicBarrier
CyclicBarrier 的字面意思是可循環(huán)使用(Cyclic)的屏障(Barrier)。它要做的事情是,讓一組線程到達(dá)一個(gè)屏障(也可以叫同步點(diǎn))時(shí)被阻塞,直到最后一個(gè)線程到達(dá)屏障時(shí),屏障才會(huì)開門,所有被屏障攔截的線程才會(huì)繼續(xù)干活。
這個(gè)屏障之所以用循環(huán)修飾,是因?yàn)樵谒械木€程釋放彼此之后,這個(gè)屏障是可以重新使用的(reset()方法重置屏障點(diǎn)),這一點(diǎn)與CountDownLatch不同。
CyclicBarrier是一種同步機(jī)制允許一組線程相互等待,等到所有線程都到達(dá)一個(gè)屏障點(diǎn)才退出await方法,它沒有直接實(shí)現(xiàn)AQS而是借助ReentrantLock來實(shí)現(xiàn)的同步機(jī)制。它是可循環(huán)使用的,而CountDownLatch是一次性的,另外它體現(xiàn)的語義也跟CountDownLatch不同,CountDownLatch減少計(jì)數(shù)到達(dá)條件采用的是release方式,而CyclicBarrier走向屏障點(diǎn)(await)采用的是Acquire方式,Acquire是會(huì)阻塞的,這也實(shí)現(xiàn)了CyclicBarrier的另外一個(gè)特點(diǎn),只要有一個(gè)線程中斷那么屏障點(diǎn)就被打破,所有線程都將被喚醒(CyclicBarrier自己負(fù)責(zé)這部分實(shí)現(xiàn),不是由AQS調(diào)度的),這樣也避免了因?yàn)橐粋€(gè)線程中斷引起永遠(yuǎn)不能到達(dá)屏障點(diǎn)而導(dǎo)致其他線程一直等待。屏障點(diǎn)被打破的CyclicBarrier將不可再使用(會(huì)拋出BrokenBarrierException)除非執(zhí)行reset操作。
構(gòu)造函數(shù)
CyclicBarrier有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù):
CyclicBarrier(int parties)
int類型的參數(shù)表示有幾個(gè)線程來參與這個(gè)屏障攔截,(拿上面的例子,即有幾個(gè)人跟團(tuán)旅游);
CyclicBarrier(int parties,Runnable barrierAction)
當(dāng)所有線程到達(dá)一個(gè)屏障點(diǎn)時(shí),優(yōu)先執(zhí)行barrierAction這個(gè)線程。
最重要的一個(gè)方法:
await();每個(gè)線程調(diào)用await(),表示我已經(jīng)到達(dá)屏障點(diǎn),然后當(dāng)前線程被阻塞。
例子
//創(chuàng)建初始化3個(gè)線程的線程池 private ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3); //創(chuàng)建3個(gè)CyclicBarrier對(duì)象,執(zhí)行完后執(zhí)行當(dāng)前類的run方法 private CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(3, this); //保存每個(gè)學(xué)生的平均成績 private ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); private void count() { for (int i = 0; i < 3; i++) { threadPool.execute(() -> { //計(jì)算每個(gè)學(xué)生的平均成績,代碼略()假設(shè)為60~100的隨機(jī)數(shù) int score = (int) (Math.random() * 40 + 60); try { Thread.sleep(Math.round(Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } map.put(Thread.currentThread().getName(), score); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "同學(xué)的平均成績?yōu)? + score); try { //執(zhí)行完運(yùn)行await(),等待所有學(xué)生平均成績都計(jì)算完畢 cb.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }); } threadPool.shutdown(); } @Override public void run() { int result = 0; Set<String> set = map.keySet(); for (String s : set) { result += map.get(s); } System.out.println("三人平均成績?yōu)?" + (result / 3) + "分"); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long now = System.currentTimeMillis(); CyclicBarrier1 cb = new CyclicBarrier1(); cb.count(); Thread.sleep(100); long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - now); }
最終輸出結(jié)果:
顯然沒有阻塞主線程。
兩者區(qū)別
- CountDownLatch的計(jì)數(shù)器只能使用一次。而CyclicBarrier的計(jì)數(shù)器可以使用reset()
- 方法重置。所以CyclicBarrier能處理更為復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景,比如如果計(jì)算發(fā)生錯(cuò)誤,可以重置計(jì)數(shù)器,并讓線程們重新執(zhí)行一次。
- CyclicBarrier還提供其他有用的方法,比如getNumberWaiting方法可以獲得CyclicBarrier阻塞的線程數(shù)量。isBroken方法用來知道阻塞的線程是否被中斷。比如以下代碼執(zhí)行完之后會(huì)返回true。
- CountDownLatch會(huì)阻塞主線程,CyclicBarrier不會(huì)阻塞主線程,只會(huì)阻塞子線程。
- 某線程中斷CyclicBarrier會(huì)拋出異常,避免了所有線程無限等待。
我們來從jdk作者設(shè)計(jì)的目的來看,javadoc是這么描述它們的:
CountDownLatch:
A synchronization aid that allows one or more threads to wait until a set of operations being performed in other threads completes.
CyclicBarrier:
A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for each other to reach a common barrier point.
從javadoc的描述可以得出:
CountDownLatch:一個(gè)或者多個(gè)線程,等待其他多個(gè)線程完成某件事情之后才能執(zhí)行;
CyclicBarrier:多個(gè)線程互相等待,直到到達(dá)同一個(gè)同步點(diǎn),再繼續(xù)一起執(zhí)行。
對(duì)于CountDownLatch來說,重點(diǎn)是“一個(gè)線程(多個(gè)線程)等待”,而其他的N個(gè)線程在完成“某件事情”之后,可以終止,也可以等待。而對(duì)于CyclicBarrier,重點(diǎn)是多個(gè)線程,在任意一個(gè)線程沒有完成,所有的線程都必須等待。
CountDownLatch是計(jì)數(shù)器,線程完成一個(gè)記錄一個(gè),只不過計(jì)數(shù)不是遞增而是遞減,而CyclicBarrier更像是一個(gè)閥門,需要所有線程都到達(dá),閥門才能打開,然后繼續(xù)執(zhí)行。
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