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(chǎng)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(jī)
    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(jī),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(jī)?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(jī)?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。另外，關(guān)注Java知音公眾號(hào)，回復(fù)“后端面試”，送你一份面試題寶典！

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(jī)
    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(jī),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(jī)?yōu)? + score);
                try {
                    //執(zhí)行完運(yùn)行await(),等待所有學(xué)生平均成績(jī)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(jī)?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(chǎng)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。