java并发编程之CountDownLatch与CyclicBarrier

CountDownLatch和CyclicBarrier是jdk concurrent包下非常有用的两个并发工具类,它们提供了一种控制并发流程的手段。本文将会提供一些应用场景,结合源码,对它们的具体实现以及如何使用做一个具体分析。

CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

CountDownLatch使用案例

需求:解析一个文件下多个txt文件数据,可以考虑使用多线程并行解析以提高解析效率。每一个线程解析一个文件里的数据,等到所有数据解析完毕之后再进行其他操作。

设计分析:在这个需求中,需要实现主线程等待所有线程完成文件解析操作,CountDownLatch正好可以做到。

代码实现

注:只给一个简单的架子,表明CountDownLatch的具体使用方式,txt文件解析在这里就不做详细的代码实现了。

CountDownLatch使用示例
  • CountDownLatch声明:
    CountDownLatch的构造函数接受int型参数作为它的计数器,如果想等待N个点完成,就传入N;
  • 调用CountDownLatch的countDown方法时,N会减1,CountDownLatch的await方法会阻塞主线程直到N减少到0。
CountDownLatch源码分析

CountDownLatch是自定义AQS同步组件,接下来就以自定义同步器Sync、countDown方法和await方法为切入点,分析CountDownLatch的具体实现。

  • 自定义同步器Sync实现


    自定义同步器实现

    同步器Sync实现了共享式获取同步状态的acquire和release,前文中已经详细介绍过AQS相关内容,在这里我就不再做详细介绍分析了。

  • 构造方法


    构造方法

    从构造方法的具体实现可以看出,通过构造方法传入的int型参数count其实就是同步器的状态。

  • countDown实现


    countDown实现

    整个countDown只做了一件事情,释放同步状态,同步状态在这里的实际意义也就是需要等待的完成的点的数量,只要每完成一个点,就调用countDown方法释放同步状态。

  • await实现
    CountDownLatch提供带超时时间的await和不带超时时间的await:


    await实现

    await的实质是在获取同步状态,同步状态state == 0成立,当前等待完成的点均已完成,主线程继续往下执行,否则,主线程进入等待队列自旋等待直到同步状态释放后state == 0。有些时候主线程是不能一直自旋等待,这个时候带超时时间的await就派上用场了,设置超时时间,如果在指定时间内N个点都未完成,返回false,主线程不再等待,继续往下执行。

总结:CountDownLatch实质上就是一个AQS计数器,通过AQS来实现线程的等待与唤醒。

CyclicBarrier

CyclicBarrier,让一组线程到达一个同步点后再一起继续运行,在其中任意一个线程未达到同步点,其他到达的线程均会被阻塞。

CyclicBarrier源码分析
  • 构造方法
    CyclicBarrier提供两个构造方法CyclicBarrier(int parties)CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
    CyclicBarrier构造方法
    • CyclicBarrier(int parties)
      默认构造方法,参数表示拦截的线程数量。

    • CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
      由于线程之前的调度是由CPU决定的,所以默认的构造方法无法设置线程执行优先级,CyclicBarrier提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction),用于在线程到达同步点时,优先执行线程barrierAction,这样可以更加方便的处理一些负责的业务场景。

创建CyclicBarrier后,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier自己已经到达同步点,然后当前线程被阻塞。接下来我们来看看await方法的具体实现。

  • await实现
    CyclicBarrier同样提供带超时时间的await和不带超时时间的await:


    await实现

    整个await方法的核心是dowait方法的调用,我们来看看dowait的具体实现。

  • dowait实现

    1. 在dowait的前段部分,主要完成了当所有线程都到达同步点(barrier)时,唤醒所有的等待线程,一起往下继续运行,可根据参数barrierAction决定优先执行的线程。


      dowait实现前半部分
    2. 在dowait的实现后半部分,主要实现了线程未到达同步点(barrier)时,线程进入Condition自旋等待,直到等待超时或者所有线程都到达barrier时被唤醒。

    dowait实现后半部分

    在整个dowait:

    1. 使用ReentrantLock保证每一次操作线程安全;
    2. 线程等待/唤醒使用Lock配合Condition来实现;
    3. 线程被唤醒的条件:等待超时或者所有线程都到达barrier。

到这里为止,CyclicBarrier的重要实现源码分析就结束了,接下来还是照样给出一个具体的使用案例,方便掌握CyclicBarrier的具体用法。

CyclicBarrier使用案例

需求:多线程计算数据,merge计算结果。

代码实现

使用案例

运行结果:

运行结果

CyclicBarrier和CountDownLatch都可以实现线程等待,那么它俩之间的区别是什么呢?

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

看了各种资料和书,大家一致的意见都是CountDownLatch是计数器,只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器提供reset功能,可以多次使用。但是我不那么认为它们之间的区别仅仅就是这么简单的一点。我们来从jdk作者设计的目的来看,javadoc是这么描述它们的:

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.

从javadoc的描述可以得出:

  • CountDownLatch:一个或者多个线程,等待其他多个线程完成某件事情之后才能执行;
  • CyclicBarrier:多个线程互相等待,直到到达同一个同步点,再继续一起执行。

对于CountDownLatch来说,重点是“一个线程(多个线程)等待”,而其他的N个线程在完成“某件事情”之后,可以终止,也可以等待。而对于CyclicBarrier,重点是多个线程,在任意一个线程没有完成,所有的线程都必须等待。

CountDownLatch是计数器,线程完成一个记录一个,只不过计数不是递增而是递减,而CyclicBarrier更像是一个阀门,需要所有线程都到达,阀门才能打开,然后继续执行。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,968评论 6 482
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,601评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 153,220评论 0 344
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,416评论 1 279
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,425评论 5 374
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,144评论 1 285
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,432评论 3 401
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,088评论 0 261
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,586评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,028评论 2 325
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,137评论 1 334
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,783评论 4 324
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,343评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,333评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,559评论 1 262
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,595评论 2 355
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,901评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容