Java面试之CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore

CountDownLatch是J.U.C并发包提供的一种同步工具类,基于AQS来实现的。使得某个线程在等待其他线程执行完毕后再继续执行。CountDownLatch用一个计数器进行初始化,每当一个线程完成一个操作时,它会将计数器递减,直到计数器的值达到0,此时等待操作完成的线程就可以恢复执行。

简单来说就是,CountDownLatch使用AQS来实现,使用AQS的状态变量来存放计数器的值。在CountDownLatch的构造方法传入一个int类型的参数count,表示需要等待的线程数量。每个线程执行完某个操作后,可以调用countDown()方法将count值减1。当count值变为0时,调用await()后被放入AQS的阻塞队列中等待的线程就会被唤醒,继续执行。当计数器值变为0时,当前线程还需调用AQS的doReleaseShared()来激活由于调用await()而被阻塞的线程。

CountDownLatch类图

CountDownLatch应用场景:

1.主线程等待所有子线程完成任务再执行:主线程在启动子线程后,可以调用CDL.await()等待子线程执行完毕,然后再继续执行。

2.多个子线程等待某一个共同操作完成再执行:多个子线程需要等待某一个共同的操作完成之后才能执行自己的任务。

3.统计多个线程的执行时间:CountDownLatch可以用来统计多个线程完成某个任务的时间,当所有线程都完成任务后,可以计算出总的执行时间。

例如:我们一寝室人去上课,得等到1、2、3、4、5、6、7、8个人都出来,才可以锁上寝室门吧。即当计数器值为0时,就可以执行await()方法。

CyclicBarrier是J.U.C并发包提供的一种同步工具类,基于AQS来实现的。可以让一组线程等待到达一个共同的障碍点(barrier)然后再继续执行。

CyclicBarrier是回环屏障的意思,它可以让一组线程全部达到一个状态后再全部同时执行。回环是因为当所有线程等待线程执行完毕,并重置CyclicBarrier的状态后他可以被重用。屏障是因为线程调用await()后就会被阻塞,这个阻塞点就称为屏障点。等所有线程都调用了await()后,线程们就会冲破屏障,继续向下执行。

简单来说就是,CyclicBarrier使用AQS来实现,使用AQS的状态变量来存放线程数量。在DB的构造方法中有一个int类型的参数parties,表示需要等待的线程数量。parties变量用来记录线程个数,这里表示多少线程调用await()后,所有线程才会冲破屏障继续往下运行。而count用来记录计数器值,每当有线程调用await()就递减1,当count为0时就表示所有线程都到了屏障点。

CyclicBarrier类图

CyclicBarrier应用场景:

1.多个线程之间相互等待:比如将计算任务分配给多个线程去执行,当所有线程都执行完自己的任务后,需要将它们的计算结果合并起来。

2.实现分段并发:在某些算法中,可以将计算任务分成多个阶段,并发地执行每个阶段,待所有线程都完成了当前阶段,然后一起进入下一个阶段。

例如:我想大家多少玩过王者荣耀吧,里面不是有个钻石夺宝吗,抽201次必得荣耀水晶。

Semaphore信号量也是J.U.C并发包中的一个同步器,用于控制并发线程的数量。与CountDownLatch和CyclicBarrier不同的是,它内部的计数器是递增的。

在Semaphore的构造方法中有一个int类型的参数,计数器表示许可证数,获取许可可以采用公平或非公平策略。在每个线程内部调用信号量的release(),这相当于让计数器值递增1。最后调用信号量的acquire()一直阻塞,直到信号量的计数变为线程许可证数时才会返回。

Semaphore类图

CyclicBarrier应用场景:

1.控制线程池的大小:S可以用来控制线程池的并发线程数,避免线程池中的线程数量超过系统负荷的承受能力。

2.限制系统中某个资源的并发访问数量:S可以用来限制对某个共享资源的并发访问数量,避免资源过度使用而导致系统出现瓶颈。

例如:网吧有10台高配置打游戏的电脑,有20个小伙伴想要上网。

CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier

1.功能不同:CountDownLatch用于等待一个或多个线程完成某些操作后再执行后续操作,Semaphore用于控制并发线程数量,CyclicBarrier用于让多个线程在一个栅栏处汇合。

2.计数器的属性不同:CountDownLatch的计数器只能减少,而且一旦减为0,就不能再次使用。Semaphore的许可证数量可以增加可以减少,而且可以重复使用。CyclicBarrier和Semaphore一样。

3.使用方式不同:CountDownLatch可以用于多个线程之间的通信,Semaphore可以用于控制对共享资源的访问,CyclicBarrier可以用于多个线程在某一时间点上同步执行。

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