揭秘CountDownLatch和CyclicBarrier的幕后真相：并发编程的黄金搭档

2023-12-23 22:40:54

CountDownLatch 和 CyclicBarrier：并发编程的黄金搭档

在并发编程的广阔世界中，经常会遇到需要协调多个线程同时完成任务的情况。为了避免线程执行不当而导致的数据不一致或死锁问题，Java 为我们提供了两个强大的同步工具：CountDownLatch 和 CyclicBarrier。

CountDownLatch：让所有线程齐步走

想象一下，你有一群热情的跑步者准备开始比赛。为了确保所有人都同时起跑，你需要一个信号来通知他们可以出发了。CountDownLatch 就充当了这个信号。

CountDownLatch 是一个计数器，可以让我们指定一个初始值。每个需要等待的线程都会调用 CountDownLatch 的 await() 方法，就像跑步者在起跑线前等待裁判的枪声。当所有线程都调用了 await()，CountDownLatch 的计数器就会减为 0。此时，CountDownLatch 会发出信号，唤醒所有正在等待的线程，就像裁判挥动绿旗，让跑步者们冲出起跑线。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个 CountDownLatch，初始值为 3
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

        // 创建 3 个线程，每个线程都将递减 CountDownLatch 的计数器
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 完成任务");
                latch.countDown(); // 递减 CountDownLatch 的计数器
            }).start();
        }

        // 主线程等待所有线程完成任务
        latch.await(); // 阻塞当前线程，直到 CountDownLatch 的计数器减为 0
        System.out.println("所有线程完成任务");
    }
}

CyclicBarrier：循环等待，步调一致

现在，让我们把场景切换到一群舞蹈演员排练舞蹈。为了确保他们完美地同步，需要有一个方法让他们在特定的点上集合并等待，直到所有人都准备好。CyclicBarrier 就扮演了这个集合点的角色。

CyclicBarrier 与 CountDownLatch 类似，但它有一个关键的区别：它可以循环使用。这意味着，当所有线程到达屏障时，屏障会重置，允许线程继续执行。就像舞蹈演员在完成一个动作后，又回到开始位置准备下一个动作一样。

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个 CyclicBarrier，指定等待线程数为 3
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);

        // 创建 3 个线程，每个线程都将到达屏障并等待
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 抵达屏障");
                try {
                    barrier.await(); // 等待其他线程到达屏障
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }

        // 主线程等待所有线程完成任务
        System.out.println("所有线程已同步完成任务");
    }
}

应用场景

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 在并发编程中都有着广泛的应用。以下是几个常见的场景：

CountDownLatch：
- 等待所有线程完成初始化
- 等待所有线程完成任务，再关闭程序
- 等待所有线程从数据库中读取数据，再进行后续处理
CyclicBarrier：
- 多个线程同时到达某个点后，再继续执行
- 多个线程同时完成任务后，再执行后续任务
- 多个线程轮流执行任务，确保任务的顺序性