Java 并发之 CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore

疑问

  • 多个线程执行结束后怎么执行某一特定操作?
  • 怎么限制执行某块业务的线程的数量?

CountDownLatch

计数器锁,初始化一个 count(数)锁,每个业务线程依次 countDown (递减),主线程阻塞 await (等待)直至 count 等于 0,或者指定 await 时间:

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author caojiantao
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("========================= 开始 =========================");
        // 工作线程数量
        int workCount = 5;
        // 模拟耗时范围
        int cost = 3000;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(workCount);
        for (int i = 0; i < workCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行...");
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(cost));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 执行完...");
                latch.countDown();
            }).start();
        }
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("========================= 结束 =========================");
    }

    private static String getTimeFmtString(){
        return LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_TIME);
    }
}

CyclicBarrier

篱栅,功能与 CountDownLatch 大体相同,但是其特色支持计数器重置,循环使用:

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author caojiantao
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("========================= 开始 =========================");
        // 工作线程数量
        int workCount = 5;
        // 模拟耗时范围
        int cost = 3000;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(workCount, () -> {
            System.out.println("========================= 结束 =========================");
        });
        for (int i = 0; i < workCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行...");
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(cost));
                    System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 执行完...");
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }

    private static String getTimeFmtString() {
        return LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_TIME);
    }
}

注:相比较 CountDownLatch,CyclicBarrier 能够 reset 重置计数器,同时注意只有 await 方法会阻塞当前线程,countDown 并不会。

Semaphore

信号量,保持当前信号量(执行线程数量)最多为 permits:

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author caojiantao
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 工作线程数量
        int workCount = 10;
        // 模拟耗时范围
        int cost = 3000;
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
        for (int i = 0; i < workCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 申请执行权限
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 开始执行...");
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(cost));
                    System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 执行完...");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // 释放权限
                    semaphore.release();
                }
            }).start();
        }
    }

    private static String getTimeFmtString() {
        return LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_TIME);
    }
}

案例

三方平台比价接口

假如存在 A、B、C 三个平台正在出售某商品 goods,现在需要多线程获取三个平台该商品 goods 价格,最终输出最低价格价格信息。

import java.math.BigDecimal;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author caojiantao
 */
public class Test {

    private static Map<String, Double> infoMap = new ConcurrentHashMap<>(3);

    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        Thread a = new Thread(new Task("A", latch));
        Thread b = new Thread(new Task("B", latch));
        Thread c = new Thread(new Task("C", latch));
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Map.Entry<String, Double> lowest = null;
        for (Map.Entry<String, Double> entry : infoMap.entrySet()) {
            if (lowest == null || entry.getValue() < lowest.getValue()) {
                lowest = entry;
            }
        }
        assert lowest != null;
        System.out.println(getTimeFmtString() + " 最低价格信息为:" + lowest.getKey() + " " + lowest.getValue());
    }

    private static String getTimeFmtString() {
        return LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_TIME);
    }

    static class Task implements Runnable {

        private String name;
        private CountDownLatch latch;

        public Task(String name, CountDownLatch latch) {
            this.name = name;
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void run() {
            int cost = 5000;
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(cost));
                double price = new BigDecimal(new Random().nextDouble() * 1000).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
                infoMap.put(name, price);
                System.out.println(getTimeFmtString() + " " + name + " 报价:" + price);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                latch.countDown();
            }
        }
    }
}

限制接口访问次数

存在某接口 queryData,需要控制在 10 个访问数以内,超过的请求阻塞直至有正在执行的请求已经完成。

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author caojiantao
 */
public class Service {

    private Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

    public void queryData() {
        // 模拟耗时范围
        int cost = 3000;
        try {
            // 申请执行权限
            semaphore.acquire();
            System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 请求...");
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(cost));
            System.out.println(getTimeFmtString() + " " + Thread.currentThread().getName() + " 结束");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放权限
            semaphore.release();
        }
    }

    private String getTimeFmtString() {
        return LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_TIME);
    }
}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
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