三大武器 助你玩转并发编程

并发编程中的协调机制：CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore

引言

在多线程编程中，协调线程的执行至关重要。Java 为我们提供了三个强大的辅助类：CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore，它们可以帮助我们简化线程之间的通信和同步。

CountDownLatch：等待所有线程完成

CountDownLatch 是一种等待机制，它允许一个线程等待其他多个线程完成执行后才继续执行。就像一个倒计时器，CountDownLatch 初始化时会指定一个计数，表示需要等待的线程数量。每个线程完成任务后，调用 CountDownLatch 的 countDown() 方法递减这个计数。当计数减到 0 时，等待的线程就会继续执行。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

// 启动 3 个线程
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 执行任务
        latch.countDown();
    }).start();
}

// 等待 3 个线程完成
latch.await();

// 继续执行主线程

CyclicBarrier：等待所有线程到达屏障

CyclicBarrier 类似于 CountDownLatch，但它允许线程在到达某个屏障后继续执行，而不需要等待其他线程完成执行。与 CountDownLatch 不同，CyclicBarrier 可以被多次重置，允许线程在多个屏障之间协调。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);

// 启动 3 个线程
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 执行任务
        barrier.await();
    }).start();
}

// 等待 3 个线程到达屏障
barrier.await();

// 继续执行主线程

Semaphore：控制共享资源访问

Semaphore 是一种用于控制同时访问共享资源的线程数量的机制。它允许我们指定一个许可证数量，表示可以同时访问共享资源的线程数量。线程需要访问共享资源时，调用 Semaphore 的 acquire() 方法获取许可证。如果许可证不足，线程会阻塞等待，直到有许可证可用。当线程访问共享资源完毕后，调用 Semaphore 的 release() 方法释放许可证。

Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

// 启动 10 个线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 尝试获取许可证
        semaphore.acquire();

        // 访问共享资源

        // 释放许可证
        semaphore.release();
    }).start();
}

比较

特性	CountDownLatch	CyclicBarrier	Semaphore
用途	等待所有线程完成	等待所有线程到达屏障	控制共享资源访问
重置	不可重置	可重置	不可重置
线程状态	阻塞	阻塞	阻塞

结论

CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore 是并发编程中不可或缺的工具，它们可以帮助我们协调线程的执行，防止数据竞争，并确保线程安全的代码。熟练掌握这些辅助类的用法将极大地提高我们的并发编程能力。

常见问题解答

1. CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的区别是什么？
   CountDownLatch 用于等待所有线程完成执行，而 CyclicBarrier 用于等待所有线程到达某个屏障。

2. Semaphore 有什么特殊用途？
   Semaphore 用于控制同时访问共享资源的线程数量，防止数据竞争。

3. 如何防止使用 CountDownLatch 时发生死锁？
   确保所有线程最终都会调用 countDown() 方法，以避免死锁。

4. CyclicBarrier 可以多次使用吗？
   是的，CyclicBarrier 可以被多次重置，允许线程在多个屏障之间协调。

5. Semaphore 与锁有什么区别？
   Semaphore 是基于许可证的机制，而锁是基于排他访问的机制。Semaphore 允许多个线程同时访问共享资源，只要许可证足够，而锁只允许一个线程在同一时间访问共享资源。