Java_并发线程_Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、Exchanger

1.Semaphore

信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

Semaphore当前在多线程环境下被扩放使用，操作系统的信号量是个很重要的概念，在进程控制方面都有应用。Java并发库Semaphore 可以很轻松完成信号量控制，Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。

Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑，假如有10个人要上厕所，那么同时只能有多少个人去上厕所呢？同时只能有5个人能够占用，当5个人中 的任何一个人让开后，其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会，也可以是按照先来后到的顺序获得机会，这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。

public static void main(String[] args) {
// 线程池
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
// 只能5个线程同时访问
final Semaphore semp = new Semaphore(5);
// 模拟20个客户端访问
for (int index = 0; index < 20; index++) {
final int NO = index;
Runnable run = new Runnable() {
public void run() {
try {
// 获取许可
semp.acquire();
try{
System.out.println("Accessing: " + NO);
Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
}finally{
// 访问完后，释放 ，如果屏蔽下面的语句，则在控制台只能打印5条记录，之后线程一直阻塞
semp.release();
}
} catch (InterruptedException e) {
}
}
};
exec.execute(run);
}
// 退出线程池
exec.shutdown();

}

2.CountDownLatch

CountDownLatch类是一个同步计数器,构造时默认接收一个初始值，每调用一次countDown()方法，计数器减1。计数器>0时，await()方法会阻塞;当计数器=0时会得到await()会立即得到响应。

3.CyclicBarrier

CyclicBarrier一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。适用于所有的子任务都完成时，才执行主任务。

public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 如果将参数改为4，但是下面只加入了3个选手，这永远等待下去
// Waits until all parties have invoked await on this barrier.
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, "1号选手")));
executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, "2号选手")));
executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, "3号选手")));

executor.shutdown();
}
}

class Runner implements Runnable {
// 一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)
private CyclicBarrier barrier;

private String name;

public Runner(CyclicBarrier barrier, String name) {
super();
this.barrier = barrier;
this.name = name;
}

@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000 * (new Random()).nextInt(8));
System.out.println(name + " 准备好了...");
// barrier的await方法，在所有参与者都已经在此 barrier 上调用 await 方法之前，将一直等待。
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name + " 起跑！");
}
}
/*
* 2号选手 准备好了...
1号选手 准备好了...
3号选手 准备好了...
3号选手 起跑！
2号选手 起跑！
1号选手 起跑！
*/

4.Exchanger

Exchanger可以在两个线程之间交换数据，只能是2个线程，他不支持更多的线程之间互换数据。当线程A调用Exchange对象的exchange()方法后，他会陷入阻塞状态，直到线程B也调用了exchange()方法，然后以线程安全的方式交换数据，之后线程A和B继续运行.

public class ThreadLocalTest {

public static void main(String[] args) {
Exchanger<List<Integer>> exchanger = new Exchanger<>();
new Consumer(exchanger).start();
new Producer(exchanger).start();
}

}

class Producer extends Thread {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
Exchanger<List<Integer>> exchanger = null;
public Producer(Exchanger<List<Integer>> exchanger) {
super();
this.exchanger = exchanger;
}
@Override
public void run() {
Random rand = new Random();
for(int i=0; i<10; i++) {
list.clear();
list.add(rand.nextInt(10000));
list.add(rand.nextInt(10000));
list.add(rand.nextInt(10000));
list.add(rand.nextInt(10000));
list.add(rand.nextInt(10000));
try {
list = exchanger.exchange(list);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}

class Consumer extends Thread {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
Exchanger<List<Integer>> exchanger = null;
public Consumer(Exchanger<List<Integer>> exchanger) {
super();
this.exchanger = exchanger;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0; i<10; i++) {
try {
list = exchanger.exchange(list);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.print(list.get(0)+", ");
System.out.print(list.get(1)+", ");
System.out.print(list.get(2)+", ");
System.out.print(list.get(3)+", ");
System.out.println(list.get(4)+", ");
}
}
}