在java 1.5中，提供了一些非常有用的輔助類來幫助我們進(jìn)行并發(fā)編程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore，今天我們就來學(xué)習(xí)一下這三個輔助類的用法。
以下是本文目錄大綱：
一.CountDownLatch用法
二.CyclicBarrier用法
三.Semaphore用法
若有不正之處請多多諒解，并歡迎批評指正。
請尊重作者勞動成果，轉(zhuǎn)載請標(biāo)明原文鏈接：
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
一.CountDownLatch用法
CountDownLatch類位于java.util.concurrent包下，利用它可以實現(xiàn)類似計數(shù)器的功能。比如有一個任務(wù)A，它要等待其他4個任務(wù)執(zhí)行完畢之后才能執(zhí)行，此時就可以利用CountDownLatch來實現(xiàn)這種功能了。
CountDownLatch類只提供了一個構(gòu)造器：
`public` `CountDownLatch(``int` `count) { }; ``//參數(shù)count為計數(shù)值`
然后下面這3個方法是CountDownLatch類中最重要的方法：
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public void await() ``throws InterruptedException { }; ``//調(diào)用await()方法的線程會被掛起，它會等待直到count值為0才繼續(xù)執(zhí)行
public boolean await(``long timeout, TimeUnit unit) ``throws InterruptedException { }; ``//和await()類似，只不過等待一定的時間后count值還沒變?yōu)?的話就會繼續(xù)執(zhí)行
public void countDown() { }; ``//將count值減1
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下面看一個例子大家就清楚CountDownLatch的用法了：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch latch = ``new CountDownLatch(``2``);
new Thread(){
public void run() {
try {
System.out.println(``"子線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"正在執(zhí)行"``);
Thread.sleep(``3000``);
System.out.println(``"子線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"執(zhí)行完畢"``);
latch.countDown();
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
};
}.start();
new Thread(){
public void run() {
try {
System.out.println(``"子線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"正在執(zhí)行"``);
Thread.sleep(``3000``);
System.out.println(``"子線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"執(zhí)行完畢"``);
latch.countDown();
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
};
}.start();
try {
System.out.println(``"等待2個子線程執(zhí)行完畢..."``);
latch.await();
System.out.println(``"2個子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢"``);
System.out.println(``"繼續(xù)執(zhí)行主線程"``);
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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執(zhí)行結(jié)果：
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">線程Thread-0正在執(zhí)行
線程Thread-1正在執(zhí)行
等待2個子線程執(zhí)行完畢...
線程Thread-0執(zhí)行完畢
線程Thread-1執(zhí)行完畢
2個子線程已經(jīng)執(zhí)行完畢
繼續(xù)執(zhí)行主線程</pre>
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
二.CyclicBarrier用法
字面意思回環(huán)柵欄，通過它可以實現(xiàn)讓一組線程等待至某個狀態(tài)之后再全部同時執(zhí)行。叫做回環(huán)是因為當(dāng)所有等待線程都被釋放以后，CyclicBarrier可以被重用。我們暫且把這個狀態(tài)就叫做barrier，當(dāng)調(diào)用await()方法之后，線程就處于barrier了。
CyclicBarrier類位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2個構(gòu)造器：
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public CyclicBarrier(``int parties, Runnable barrierAction) {
}
public CyclicBarrier(``int parties) {
}
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參數(shù)parties指讓多少個線程或者任務(wù)等待至barrier狀態(tài)；參數(shù)barrierAction為當(dāng)這些線程都達(dá)到barrier狀態(tài)時會執(zhí)行的內(nèi)容。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2個重載版本：
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public int await() ``throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await(``long timeout, TimeUnit unit)``throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
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第一個版本比較常用，用來掛起當(dāng)前線程，直至所有線程都到達(dá)barrier狀態(tài)再同時執(zhí)行后續(xù)任務(wù)；
第二個版本是讓這些線程等待至一定的時間，如果還有線程沒有到達(dá)barrier狀態(tài)就直接讓到達(dá)barrier的線程執(zhí)行后續(xù)任務(wù)。
下面舉幾個例子就明白了：
假若有若干個線程都要進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作，并且只有所有線程都完成寫數(shù)據(jù)操作之后，這些線程才能繼續(xù)做后面的事情，此時就可以利用CyclicBarrier了：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = ``4``;
CyclicBarrier barrier = ``new CyclicBarrier(N);
for``(``int i=``0``;i<N;i++)
new Writer(barrier).start();
}
static class Writer ``extends Thread{
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this``.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"正在寫入數(shù)據(jù)..."``);
try {
Thread.sleep(``5000``); ``//以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"``);
cyclicBarrier.await();
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}``catch``(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(``"所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..."``);
}
}
}
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執(zhí)行結(jié)果：
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...</pre>
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
從上面輸出結(jié)果可以看出，每個寫入線程執(zhí)行完寫數(shù)據(jù)操作之后，就在等待其他線程寫入操作完畢。
當(dāng)所有線程線程寫入操作完畢之后，所有線程就繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的操作了。
如果說想在所有線程寫入操作完之后，進(jìn)行額外的其他操作可以為CyclicBarrier提供Runnable參數(shù)：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = ``4``;
CyclicBarrier barrier = ``new CyclicBarrier(N,``new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(``"當(dāng)前線程"``+Thread.currentThread().getName());
}
});
for``(``int i=``0``;i<N;i++)
new Writer(barrier).start();
}
static class Writer ``extends Thread{
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this``.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"正在寫入數(shù)據(jù)..."``);
try {
Thread.sleep(``5000``); ``//以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"``);
cyclicBarrier.await();
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}``catch``(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(``"所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..."``);
}
}
}
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運行結(jié)果：
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
當(dāng)前線程Thread-3 所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...</pre>
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
從結(jié)果可以看出，當(dāng)四個線程都到達(dá)barrier狀態(tài)后，會從四個線程中選擇一個線程去執(zhí)行Runnable。
下面看一下為await指定時間的效果：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = ``4``;
CyclicBarrier barrier = ``new CyclicBarrier(N);
for``(``int i=``0``;i<N;i++) {
if``(i<N-``1``)
new Writer(barrier).start();
else {
try {
Thread.sleep(``5000``);
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Writer(barrier).start();
}
}
}
static class Writer ``extends Thread{
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this``.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"正在寫入數(shù)據(jù)..."``);
try {
Thread.sleep(``5000``); ``//以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"``);
try {
cyclicBarrier.await(``2000``, TimeUnit.MILLISECONDS);
} ``catch (TimeoutException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}``catch``(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+``"所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..."``);
}
}
}
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執(zhí)行結(jié)果：
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
java.util.concurrent.TimeoutException
Thread-1所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-0所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
at com.cxh.test1.TestWriter.run(Test.java:58)
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)
at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)
at com.cxh.test1.TestWriter.run(Test.java:58)
Thread-3所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...</pre>
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
上面的代碼在main方法的for循環(huán)中，故意讓最后一個線程啟動延遲，因為在前面三個線程都達(dá)到barrier之后，等待了指定的時間發(fā)現(xiàn)第四個線程還沒有達(dá)到barrier，就拋出異常并繼續(xù)執(zhí)行后面的任務(wù)。
另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面這個例子：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = ``4``;
CyclicBarrier barrier = ``new CyclicBarrier(N);
for``(``int i=``0``;i<N;i++) {
new Writer(barrier).start();
}
try {
Thread.sleep(``25000``);
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(``"CyclicBarrier重用"``);
for``(``int i=``0``;i<N;i++) {
new Writer(barrier).start();
}
}
static class Writer ``extends Thread{
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this``.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"正在寫入數(shù)據(jù)..."``);
try {
Thread.sleep(``5000``); ``//以睡眠來模擬寫入數(shù)據(jù)操作
System.out.println(``"線程"``+Thread.currentThread().getName()+``"寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢"``);
cyclicBarrier.await();
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}``catch``(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+``"所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)..."``);
}
}
}
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執(zhí)行結(jié)果：
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">線程Thread-0正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-3正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-2正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-1寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-3寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-2寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-0寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
Thread-0所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-3所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-1所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-2所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
CyclicBarrier重用
線程Thread-4正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-5正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-6正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-7正在寫入數(shù)據(jù)...
線程Thread-7寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-5寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-6寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
線程Thread-4寫入數(shù)據(jù)完畢，等待其他線程寫入完畢
Thread-4所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-5所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-6所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...
Thread-7所有線程寫入完畢，繼續(xù)處理其他任務(wù)...</pre>
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
從執(zhí)行結(jié)果可以看出，在初次的4個線程越過barrier狀態(tài)后，又可以用來進(jìn)行新一輪的使用。而CountDownLatch無法進(jìn)行重復(fù)使用。
三.Semaphore用法
Semaphore翻譯成字面意思為 信號量，Semaphore可以控同時訪問的線程個數(shù)，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。
Semaphore類位于java.util.concurrent包下，它提供了2個構(gòu)造器：
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public Semaphore(``int permits) { ``//參數(shù)permits表示許可數(shù)目，即同時可以允許多少線程進(jìn)行訪問
sync = ``new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(``int permits, ``boolean fair) { ``//這個多了一個參數(shù)fair表示是否是公平的，即等待時間越久的越先獲取許可
sync = (fair)? ``new FairSync(permits) : ``new NonfairSync(permits);
}
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下面說一下Semaphore類中比較重要的幾個方法，首先是acquire()、release()方法：
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public void acquire() ``throws InterruptedException { } ``//獲取一個許可
public void acquire(``int permits) ``throws InterruptedException { } ``//獲取permits個許可
public void release() { } ``//釋放一個許可
public void release(``int permits) { } ``//釋放permits個許可
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acquire()用來獲取一個許可，若無許可能夠獲得，則會一直等待，直到獲得許可。
release()用來釋放許可。注意，在釋放許可之前，必須先獲獲得許可。
這4個方法都會被阻塞，如果想立即得到執(zhí)行結(jié)果，可以使用下面幾個方法：
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public boolean tryAcquire() { }; ``//嘗試獲取一個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire(``long timeout, TimeUnit unit) ``throws InterruptedException { }; ``//嘗試獲取一個許可，若在指定的時間內(nèi)獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false
public boolean tryAcquire(``int permits) { }; ``//嘗試獲取permits個許可，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false
public boolean tryAcquire(``int permits, ``long timeout, TimeUnit unit) ``throws InterruptedException { }; ``//嘗試獲取permits個許可，若在指定的時間內(nèi)獲取成功，則立即返回true，否則則立即返回false
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另外還可以通過availablePermits()方法得到可用的許可數(shù)目。
下面通過一個例子來看一下Semaphore的具體使用：
假若一個工廠有5臺機器，但是有8個工人，一臺機器同時只能被一個工人使用，只有使用完了，其他工人才能繼續(xù)使用。那么我們就可以通過Semaphore來實現(xiàn)：
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = ``8``; ``//工人數(shù)
Semaphore semaphore = ``new Semaphore(``5``); ``//機器數(shù)目
for``(``int i=``0``;i<N;i++)
new Worker(i,semaphore).start();
}
static class Worker ``extends Thread{
private int num;
private Semaphore semaphore;
public Worker(``int num,Semaphore semaphore){
this``.num = num;
this``.semaphore = semaphore;
}
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println(``"工人"``+``this``.num+``"占用一個機器在生產(chǎn)..."``);
Thread.sleep(``2000``);
System.out.println(``"工人"``+``this``.num+``"釋放出機器"``);
semaphore.release();
} ``catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
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執(zhí)行結(jié)果：
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">工人0占用一個機器在生產(chǎn)...
工人1占用一個機器在生產(chǎn)...
工人2占用一個機器在生產(chǎn)...
工人4占用一個機器在生產(chǎn)...
工人5占用一個機器在生產(chǎn)...
工人0釋放出機器
工人2釋放出機器
工人3占用一個機器在生產(chǎn)...
工人7占用一個機器在生產(chǎn)...
工人4釋放出機器
工人5釋放出機器
工人1釋放出機器
工人6占用一個機器在生產(chǎn)...
工人3釋放出機器
工人7釋放出機器
工人6釋放出機器</pre>
](javascript:void(0); "復(fù)制代碼")
下面對上面說的三個輔助類進(jìn)行一個總結(jié)：
1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能夠?qū)崿F(xiàn)線程之間的等待，只不過它們側(cè)重點不同：
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(wù)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；
另外，CountDownLatch是不能夠重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
2）Semaphore其實和鎖有點類似，它一般用于控制對某組資源的訪問權(quán)限。
參考資料：
《Java編程思想》
http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-a-countdownlatch.html
http://leaver.me/archives/3220.html
http://developer.51cto.com/art/201403/432095.htm
http://blog.csdn.net/yanhandle/article/details/9016329
