并发工具

2018-09-10 01:02:49来源：博客园阅读 ()

CountDownLatch：等待多线程完成

　　CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

　　假如有这样一个需求：我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要提示解析完成（或者汇总结果）。在这个需求中，要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作，最简单的做法是使用join()方法，

join()方法实现代码如下：

 1 import java.util.Random;
 2 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 3 
 4 public class JoinCountDownLatchTest {
 5     private static Random sr=new Random(47); 
 6     private static AtomicInteger result=new AtomicInteger(0);
 7     private static int threadCount=10;
 8     private static class Parser implements Runnable{ 
 9         String name;
10         public Parser(String name){
11             this.name=name;
12         }
13         @Override
14         public void run() {
15             int sum=0;
16             int seed=Math.abs(sr.nextInt()) ;
17             Random r=new Random(47); 
18             for(int i=0;i<100;i++){  
19                 sum+=r.nextInt(seed);
20             }  
21             result.addAndGet(sum);
22             System.out.println(name+"线程的解析结果："+sum);
23         } 
24     }
25     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
26         Thread[] threads=new Thread[threadCount];
27         for(int i=0;i<threadCount;i++){
28             threads[i]=new Thread(new Parser("Parser-"+i));
29         } 
30         for(int i=0;i<threadCount;i++){
31             threads[i].start();
32         } 
33         /**
34          * join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。
35          *     其中，wait（0）表示永远等待下去
36          *     通过Thread类源码可以得知，直到join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用，调用notifyAll()方法是在JVM里实现的，所以在JDK里看不到
37          */
38         for(int i=0;i<threadCount;i++){
39             threads[i].join();
40         } 
41         System.out.println("所有线程解析结束！");
42         System.out.println("所有线程的解析结果："+result);
43     } 
44 }

CountDownLatch类代码实现如下：

 1 import java.util.Random;
 2 import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 3 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 4 
 5 public class CountDownLatchTest {
 6     private static Random sr = new Random(47);
 7     private static AtomicInteger result = new AtomicInteger(0);
 8     private static int threadCount = 10;// 线程数量
 9     private static CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(threadCount);// CountDownLatch
10 
11     private static class Parser implements Runnable {
12         String name;
13 
14         public Parser(String name) {
15             this.name = name;
16         }
17 
18         @Override
19         public void run() {
20             int sum = 0;
21             int seed = Math.abs(sr.nextInt());
22             Random r = new Random(47);
23             for (int i = 0; i < 100; i++) {
24                 sum += r.nextInt(seed);
25             }
26             result.addAndGet(sum);
27             System.out.println(name + "线程的解析结果：" + sum);
28             countDown.countDown();
29         }
30     }
31 
32     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
33         Thread[] threads = new Thread[threadCount];
34         for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
35             threads[i] = new Thread(new Parser("Parser-" + i));
36         }
37         for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
38             threads[i].start();
39         }
40         /*
41          * for(int i=0;i<threadCount;i++){ threads[i].join(); }
42          */
43         countDown.await();// 将join改为使用CountDownLatch
44         System.out.println("所有线程解析结束！");
45         System.out.println("所有线程的解析结果：" + result);
46     }
47 }

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。

当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。

由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。

如果有某个解析sheet的线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使用另外一个带指定时间的await方法——await（long time，TimeUnit unit），这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。

join也有类似的方法。

注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。

一个线程调用countDown方法happen-before，另外一个线程调用await方法。

CyclicBarrier：同步屏障

　　CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

　　CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

 1 import java.util.Random;
 2 import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
 3 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 4 
 5 public class CyclicBarrierTest {
 6 
 7     private static Random sr = new Random(47);
 8     private static AtomicInteger result = new AtomicInteger(0);
 9     private static int threadCount = 10;
10     // 屏障后面执行汇总
11     private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadCount, new Accumulate());
12 
13     private static class Parser implements Runnable {
14         String name;
15 
16         public Parser(String name) {
17             this.name = name;
18         }
19 
20         @Override
21         public void run() {
22             int sum = 0;
23             int seed = Math.abs(sr.nextInt());
24             Random r = new Random(47);
25             for (int i = 0; i < (seed % 100 * 100000); i++) {
26                 sum += r.nextInt(seed);
27             }
28             result.addAndGet(sum);
29             System.out.println(System.currentTimeMillis() + "-" + name + "线程的解析结果：" + sum);
30             try {
31                 barrier.await();
32                 System.out.println(System.currentTimeMillis() + "-" + name + "线程越过屏障！");
33             } catch (Exception e) {
34                 e.printStackTrace();
35             }
36         }
37     }
38 
39     static class Accumulate implements Runnable {
40         @Override
41         public void run() {
42             System.out.println("所有线程解析结束！");
43             System.out.println("所有线程的解析结果：" + result);
44         }
45     }
46 
47     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
48         Thread[] threads = new Thread[threadCount];
49         for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
50             threads[i] = new Thread(new Parser("Parser-" + i));
51         }
52         for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
53             threads[i].start();
54         }
55     }
56 }

各个线程解析完成的时间不一致，但是越过屏障的时间却是一致的。

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别：

　　CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。
　　CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得Cyclic-Barrier阻塞的线程数量。isBroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

Semaphore：控制并发线程数

　　Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。
　　把它比作是控制流量的红绿灯。比如××马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入××马路，但是如果前一百辆中有5辆车已经离开了××马路，那么后面就允许有5辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

应用场景：

　　Semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制，代码如下：

 1 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 2 import java.util.concurrent.Executors;
 3 import java.util.concurrent.Semaphore;
 4  
 5 public class SemaphoreTest { 
 6     private static final int THREAD_COUNT = 30;
 7     private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
 8     private static Semaphore s = new Semaphore(10);
 9     
10     public static void main(String[] args) {
11         for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
12             threadPool.execute(new Runnable() {
13                 @Override
14                 public void run() {
15                     try { 
16                         s.acquire();
17                         System.out.println("save data");
18                         s.release();
19                     } catch (InterruptedException e) {
20                     }
21                 }
22             });
23         }
24         threadPool.shutdown();
25     }
26 }

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore（10）表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以
用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

其他方法：

　　Semaphore还提供一些其他方法，具体如下：
　　　　int availablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
　　　　int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
　　　　boolean hasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
　　　　void reducePermits（int reduction）：减少reduction个许可证，是个protected方法。
　　　　Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected方法。

Exchanger：线程间交换数据

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。
下面来看一下Exchanger的应用场景。
　　1、Exchanger可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。

　　2、Exchanger也可以用于校对工作，比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel之后，系统需要加载这两个Excel，并对两个Excel数据进行校对，看看是否录入一致.

 1 import java.util.concurrent.Exchanger;
 2 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 3 import java.util.concurrent.Executors;
 4 
 5 public class ExchangerTest {
 6 
 7     private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();
 8     private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
 9 
10     public static void main(String[] args) {
11         threadPool.execute(new Runnable() {
12             @Override
13             public void run() {
14                 try {
15                     String A = "银行流水100";// A录入银行流水数据
16                     String B = exgr.exchange(A);
17                     System.out.println("A的视角：A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是：" + A + "，B录入是：" + B);
18                 } catch (InterruptedException e) {
19                 }
20             }
21         });
22         threadPool.execute(new Runnable() {
23             @Override
24             public void run() {
25                 try {
26                     String B = "银行流水200";// B录入银行流水数据
27                     String A = exgr.exchange(B);
28                     System.out.println("B的视角：A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是：" + A + "，B录入是：" + B);
29                 } catch (InterruptedException e) {
30                 }
31             }
32         });
33         threadPool.shutdown();
34     }
35 }