并发协调神器CountDownLatch和CyclicBarrier("高效并发控制利器：CountDownLatch与CyclicBarrier详解")

一、简介

在多线程编程中，经常性需要协调多个线程的执行顺序，确保某些线程在特定条件下才能执行。Java提供了两个非常有用的并发工具：CountDownLatch和CyclicBarrier，它们可以有效地帮助开发者实现线程间的同步。

二、CountDownLatch详解

CountDownLatch是一个同步辅助类，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。CountDownLatch的重点作用是等待其他线程完成操作后再继续执行当前线程。

2.1 CountDownLatch的使用场景

CountDownLatch适用于以下场景：

• 实现并发计数器
• 实现分布式系统中的屏障
• 实现多线程环境下的同步操作

2.2 CountDownLatch的核心方法

CountDownLatch类提供了以下核心方法：

• void await()：等待计数器归零，即等待其他线程调用countDown()方法
• boolean await(long timeout, TimeUnit unit)：在指定时间内等待计数器归零
• void countDown()：将计数器减一
• long getCount()：获取当前计数器的值

2.3 CountDownLatch示例代码

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个计数器，初始值为5
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
        // 创建一个线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        // 创建并启动5个线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " started.");
                latch.countDown();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished.");
            });
        }
        // 等待计数器归零
        latch.await();
        System.out.println("All threads have finished.");
        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
}

三、CyclicBarrier详解

CyclicBarrier是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到所有线程都大致有某个屏障点后再继续执行。与CountDownLatch不同，CyclicBarrier在大致有屏障点后可以重置计数器，于是可以重复使用。

3.1 CyclicBarrier的使用场景

CyclicBarrier适用于以下场景：

• 实现多线程间的同步操作
• 实现并发测试中的屏障
• 实现分布式系统中的屏障

3.2 CyclicBarrier的核心方法

CyclicBarrier类提供了以下核心方法：

• int await()：等待所有线程大致有屏障点
• int await(long timeout, TimeUnit unit)：在指定时间内等待所有线程大致有屏障点
• void reset()：重置屏障点，使计数器回到初始值
• int getParties()：获取屏障点的线程数
• int getNumberWaiting()：获取当前等待的线程数

3.3 CyclicBarrier示例代码

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个屏障点，需要5个线程
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);
        // 创建一个线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        // 创建并启动5个线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting for others.");
                try {
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has reached the barrier.");
            });
        }
        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
}

四、CountDownLatch与CyclicBarrier的区别

CountDownLatch和CyclicBarrier虽然都是用于线程同步的工具，但它们有以下重点区别：

• CountDownLatch的计数器只能递减，不能递增，而CyclicBarrier的计数器可以重置并重复使用。
• CountDownLatch用于等待其他线程完成操作，而CyclicBarrier用于等待所有线程大致有某个屏障点。
• CountDownLatch在大致有计数器为0时释放所有等待的线程，而CyclicBarrier在所有线程大致有屏障点时释放所有等待的线程。

五、总结

CountDownLatch和CyclicBarrier是Java并发编程中的两个非常有用的工具，它们可以有效地帮助开发者实现线程间的同步。CountDownLatch适用于等待其他线程完成操作的场景，而CyclicBarrier适用于等待所有线程大致有某个屏障点的场景。了解它们的使用场景和方法，可以让我们更加灵活地处理多线程编程中的同步问题。

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