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1. 倒計時器CountDownLatch

在多線程協(xié)作完成業(yè)務功能時，有時候需要等待其他多個線程完成任務之后，主線程才能繼續(xù)往下執(zhí)行業(yè)務功能，在這種的業(yè)務場景下，通?？梢允褂肨hread類的join方法，讓主線程等待被join的線程執(zhí)行完之后，主線程才能繼續(xù)往下執(zhí)行。當然，使用線程間消息通信機制也可以完成。其實，java并發(fā)工具類中為我們提供了類似“倒計時”這樣的工具類，可以十分方便的完成所說的這種業(yè)務場景。

為了能夠理解CountDownLatch，舉一個很通俗的例子，運動員進行跑步比賽時，假設(shè)有6個運動員參與比賽，裁判員在終點會為這6個運動員分別計時，可以想象沒當一個運動員到達終點的時候，對于裁判員來說就少了一個計時任務。直到所有運動員都到達終點了，裁判員的任務也才完成。這6個運動員可以類比成6個線程，當線程調(diào)用CountDownLatch.countDown方法時就會對計數(shù)器的值減一，直到計數(shù)器的值為0的時候，裁判員（調(diào)用await方法的線程）才能繼續(xù)往下執(zhí)行。

下面來看些CountDownLatch的一些重要方法。

先從CountDownLatch的構(gòu)造方法看起：

public CountDownLatch(int count)

構(gòu)造方法會傳入一個整型數(shù)N，之后調(diào)用CountDownLatch的countDown方法會對N減一，知道N減到0的時候，當前調(diào)用await方法的線程繼續(xù)執(zhí)行。

CountDownLatch的方法不是很多，將它們一個個列舉出來：

1. await() throws InterruptedException：調(diào)用該方法的線程等到構(gòu)造方法傳入的N減到0的時候，才能繼續(xù)往下執(zhí)行；
2. await(long timeout, TimeUnit unit)：與上面的await方法功能一致，只不過這里有了時間限制，調(diào)用該方法的線程等到指定的timeout時間后，不管N是否減至為0，都會繼續(xù)往下執(zhí)行；
3. countDown()：使CountDownLatch初始值N減1；
4. long getCount()：獲取當前CountDownLatch維護的值；

下面用一個具體的例子來說明CountDownLatch的具體用法:

public class CountDownLatchDemo {
private static CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
//用來表示裁判員需要維護的是6個運動員
private static CountDownLatch endSignal = new CountDownLatch(6);

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(6);
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        executorService.execute(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 運動員等待裁判員響哨?。?！");
                startSignal.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在全力沖刺");
                endSignal.countDown();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  到達終點");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
    System.out.println("裁判員發(fā)號施令啦！??！");
    startSignal.countDown();
    endSignal.await();
    System.out.println("所有運動員到達終點，比賽結(jié)束！");
    executorService.shutdown();
}
}
輸出結(jié)果：

pool-1-thread-2 運動員等待裁判員響哨?。?！
pool-1-thread-3 運動員等待裁判員響哨！??！
pool-1-thread-1 運動員等待裁判員響哨！??！
pool-1-thread-4 運動員等待裁判員響哨！！！
pool-1-thread-5 運動員等待裁判員響哨！??！
pool-1-thread-6 運動員等待裁判員響哨！??！
裁判員發(fā)號施令啦?。?！
pool-1-thread-2正在全力沖刺
pool-1-thread-2  到達終點
pool-1-thread-3正在全力沖刺
pool-1-thread-3  到達終點
pool-1-thread-1正在全力沖刺
pool-1-thread-1  到達終點
pool-1-thread-4正在全力沖刺
pool-1-thread-4  到達終點
pool-1-thread-5正在全力沖刺
pool-1-thread-5  到達終點
pool-1-thread-6正在全力沖刺
pool-1-thread-6  到達終點
所有運動員到達終點，比賽結(jié)束！

該示例代碼中設(shè)置了兩個CountDownLatch，第一個endSignal用于控制讓main線程（裁判員）必須等到其他線程（運動員）讓CountDownLatch維護的數(shù)值N減到0為止。另一個startSignal用于讓main線程對其他線程進行“發(fā)號施令”，startSignal引用的CountDownLatch初始值為1，而其他線程執(zhí)行的run方法中都會先通過 startSignal.await()讓這些線程都被阻塞，直到main線程通過調(diào)用startSignal.countDown();，將值N減1，CountDownLatch維護的數(shù)值N為0后，其他線程才能往下執(zhí)行，并且，每個線程執(zhí)行的run方法中都會通過endSignal.countDown();對endSignal維護的數(shù)值進行減一，由于往線程池提交了6個任務，會被減6次，所以endSignal維護的值最終會變?yōu)?，因此main線程在latch.await();阻塞結(jié)束，才能繼續(xù)往下執(zhí)行。

另外，需要注意的是，當調(diào)用CountDownLatch的countDown方法時，當前線程是不會被阻塞，會繼續(xù)往下執(zhí)行，比如在該例中會繼續(xù)輸出pool-1-thread-4 到達終點。

2. 循環(huán)柵欄：CyclicBarrier

CyclicBarrier也是一種多線程并發(fā)控制的實用工具，和CountDownLatch一樣具有等待計數(shù)的功能，但是相比于CountDownLatch功能更加強大。

為了理解CyclicBarrier，這里舉一個通俗的例子。開運動會時，會有跑步這一項運動，我們來模擬下運動員入場時的情況，假設(shè)有6條跑道，在比賽開始時，就需要6個運動員在比賽開始的時候都站在起點了，裁判員吹哨后才能開始跑步。跑道起點就相當于“barrier”，是臨界點，而這6個運動員就類比成線程的話，就是這6個線程都必須到達指定點了，意味著湊齊了一波，然后才能繼續(xù)執(zhí)行，否則每個線程都得阻塞等待，直至湊齊一波即可。cyclic是循環(huán)的意思，也就是說CyclicBarrier當多個線程湊齊了一波之后，仍然有效，可以繼續(xù)湊齊下一波。CyclicBarrier的執(zhí)行示意圖如下：

CyclicBarrier執(zhí)行示意圖.jpg

當多個線程都達到了指定點后，才能繼續(xù)往下繼續(xù)執(zhí)行。這就有點像報數(shù)的感覺，假設(shè)6個線程就相當于6個運動員，到賽道起點時會報數(shù)進行統(tǒng)計，如果剛好是6的話，這一波就湊齊了，才能往下執(zhí)行。CyclicBarrier在使用一次后，下面依然有效，可以繼續(xù)當做計數(shù)器使用，這是與CountDownLatch的區(qū)別之一。這里的6個線程，也就是計數(shù)器的初始值6，是通過CyclicBarrier的構(gòu)造方法傳入的。

下面來看下CyclicBarrier的主要方法：

//等到所有的線程都到達指定的臨界點
await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException 

//與上面的await方法功能基本一致，只不過這里有超時限制，阻塞等待直至到達超時時間為止
await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, 
BrokenBarrierException, TimeoutException 

//獲取當前有多少個線程阻塞等待在臨界點上
int getNumberWaiting()

//用于查詢阻塞等待的線程是否被中斷
boolean isBroken()

    
//將屏障重置為初始狀態(tài)。如果當前有線程正在臨界點等待的話，將拋出BrokenBarrierException。
void reset()

另外需要注意的是，CyclicBarrier提供了這樣的構(gòu)造方法：

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

可以用來，當指定的線程都到達了指定的臨界點的時，接下來執(zhí)行的操作可以由barrierAction傳入即可。

一個例子

下面用一個簡單的例子，來看下CyclicBarrier的用法，我們來模擬下上面的運動員的例子。

public class CyclicBarrierDemo {
    //指定必須有6個運動員到達才行
    private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(6, () -> {
        System.out.println("所有運動員入場，裁判員一聲令下?。。。?！");
    });
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("運動員準備進場，全場歡呼............");

        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6);
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            service.execute(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 運動員，進場");
                    barrier.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  運動員出發(fā)");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }

}

輸出結(jié)果：
運動員準備進場，全場歡呼............
pool-1-thread-2 運動員，進場
pool-1-thread-1 運動員，進場
pool-1-thread-3 運動員，進場
pool-1-thread-4 運動員，進場
pool-1-thread-5 運動員，進場
pool-1-thread-6 運動員，進場
所有運動員入場，裁判員一聲令下！?。。?！
pool-1-thread-6  運動員出發(fā)
pool-1-thread-1  運動員出發(fā)
pool-1-thread-5  運動員出發(fā)
pool-1-thread-4  運動員出發(fā)
pool-1-thread-3  運動員出發(fā)
pool-1-thread-2  運動員出發(fā)

從輸出結(jié)果可以看出，當6個運動員（線程）都到達了指定的臨界點（barrier）時候，才能繼續(xù)往下執(zhí)行，否則，則會阻塞等待在調(diào)用await()處

3. CountDownLatch與CyclicBarrier的比較

CountDownLatch與CyclicBarrier都是用于控制并發(fā)的工具類，都可以理解成維護的就是一個計數(shù)器，但是這兩者還是各有不同側(cè)重點的：

1. CountDownLatch一般用于某個線程A等待若干個其他線程執(zhí)行完任務之后，它才執(zhí)行；而CyclicBarrier一般用于一組線程互相等待至某個狀態(tài)，然后這一組線程再同時執(zhí)行；CountDownLatch強調(diào)一個線程等多個線程完成某件事情。CyclicBarrier是多個線程互等，等大家都完成，再攜手共進。
2. 調(diào)用CountDownLatch的countDown方法后，當前線程并不會阻塞，會繼續(xù)往下執(zhí)行；而調(diào)用CyclicBarrier的await方法，會阻塞當前線程，直到CyclicBarrier指定的線程全部都到達了指定點的時候，才能繼續(xù)往下執(zhí)行；
3. CountDownLatch方法比較少，操作比較簡單，而CyclicBarrier提供的方法更多，比如能夠通過getNumberWaiting()，isBroken()這些方法獲取當前多個線程的狀態(tài)，并且CyclicBarrier的構(gòu)造方法可以傳入barrierAction，指定當所有線程都到達時執(zhí)行的業(yè)務功能；
4. CountDownLatch是不能復用的，而CyclicLatch是可以復用的。