AQS-CountDownLatch&CyclicBarrier&Semaphore
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CountDownLatch
CountDownLatch是JUC包下的一个基于AQS实现的并发工具类，利用他可以实现类似计数器的功能，比如有一个任务A，他要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现
简单使用demo：
public static void main(String[] args) throws Exception{
final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
Thread thread1 = new Thread(()->{
try {
System.out.println("线程一执行中。。。。");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("线程一执行完成。");
countDownLatch.countDown();
}catch (Exception e){
}
},"t1");
Thread thread2 = new Thread(()->{
try {
System.out.println("线程二执行中。。。。");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("线程二执行完成。");
countDownLatch.countDown();
}catch (Exception e){
}
},"t2");
thread1.start();
thread2.start();
countDownLatch.await();
System.out.println("----------线程一二执行完成，继续执行主线程");
}
执行结果：
CountDownLatch中最重要的三个方法：
public void countDown() {
}; //将count值减1
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
}; //和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行
public void await() throws InterruptedException {
}; //调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行
源码分析
构造方法：
传入计数大小，并且实例化同步器
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
同步器实现：
// 基于AQS实现
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
Sync(int count) {
setState(count);
}
int getCount() {
return getState();
}
// 获取共享锁
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
// 释放共享锁
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
await方法：
public void await() throws InterruptedException {
// await方法就是可中断的获取共享锁
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;// getState中获取的state，state是我们传入的count，即count != 0返回-1
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
// 返回-1后就会将其线程封装为节点链接到等待队列中，自旋获取共享锁
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
countDown方法
public void countDown() {
// countDown方法其实就是释放共享锁
sync.releaseShared(1);
}
Semaphore
Semaphore是和CountDownLatch一样，也是JUC包下的并发工具类，他可以控制并发访问资源的线程数通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int N = 8; //工人数
Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
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+"占用一个机器在生产...");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
执行结果：
工人0占用一个机器在生产...
工人1占用一个机器在生产...
工人2占用一个机器在生产...
工人4占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人0释放出机器
工人2释放出机器
工人3占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人4释放出机器
工人5释放出机器
工人1释放出机器
工人6占用一个机器在生产...
工人3释放出机器
工人7释放出机器
工人6释放出机器
源码分析
构造方法：
public Semaphore(int permits) {
// 直接传入许可证数目
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
// 传入许可证加是否是公平锁的标志，等待时间越久的越先获取许可
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
获取许可：
public void acquire() throws InterruptedException {
// 获取共享锁
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;
FairSync(int permits) {
super(permits);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
// 等待队列该线程前面有节点在等待，阻塞
if (hasQueuedPredecessors())
return -1;
// 无线程等待，许可证减少
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
}
释放许可证
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
// 当前许可加上释放的许可，CAS更新后返回true
for (;;) {
int current = getState();
int next = current + releases;
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
if (compareAndSetState(current, next))
return true;
}
}
CyclicBarrier
通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
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("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
try {
Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}catch(BrokenBarrierException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
}
}
}
结果：
线程Thread-0正在写入数据...
线程Thread-3正在写入数据...
线程Thread-2正在写入数据...
线程Thread-1正在写入数据...
线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
CountDownLatch 可以实现多个线程的协调，在所有指定线程完成任务后，主线程才继续任务，但是CountDownLatch 有个缺点就是，不可重用，每次都需要创建新的CountDownLatch 实例
源码分析
构造方法
当parties个线程准备就绪后即都调用await方法后，执行barrierAction
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}
准备就绪后，啥事不干
public CyclicBarrier(int parties) {
this(parties, null);
}
await方法
有一个我们常用的方法 await，还有一个内部类，Generation ，仅有一个参数，有什么作用呢？
在 CyclicBarrier 中，有一个 “代” 的概念，因为 CyclicBarrier 是可以复用的，那么每次所有的线程通过了栅栏，就表示一代过去了，就像我们的新年一样。当所有人跨过了元旦，日历就更新了。
CyclicBarrier 支持在所有线程通过栅栏的时候，执行一个线程的任务。
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 锁住
lock.lock();
try {
// 当前代
final Generation g = generation;
// 如果这代损坏了，抛出异常
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
// 如果线程中断了，抛出异常
if (Thread.interrupted()) {
// 将损坏状态设置为 true
// 并通知其他阻塞在此栅栏上的线程
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
// 获取下标
int index = --count;
// 如果是 0 ,说明到头了
if (index == 0) {
// tripped
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
// 执行栅栏任务
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
// 更新一代,将 count 重置,将 generation 重置.
// 唤醒之前等待的线程
nextGeneration();
// 结束
return 0;
} finally {
// 如果执行栅栏任务的时候失败了,就将栅栏失效
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
for (;;) {
try {
// 如果没有时间限制,则直接等待,直到被唤醒
if (!timed)
trip.await();
// 如果有时间限制,则等待指定时间
else if (nanos > 0L)
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
// g == generation >> 当前代
// ! g.broken >>> 没有损坏
if (g == generation && ! g.broken) {
// 让栅栏失效
breakBarrier();
throw ie;
} else {
// 上面条件不满足,说明这个线程不是这代的.
// 就不会影响当前这代栅栏执行逻辑.所以,就打个标记就好了
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
// 当有任何一个线程中断了,会调用 breakBarrier 方法.
// 就会唤醒其他的线程,其他线程醒来后,也要抛出异常
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
// g != generation >>> 正常换代了
// 一切正常,返回当前线程所在栅栏的下标
// 如果 g == generation，说明还没有换代，那为什么会醒了？
// 因为一个线程可以使用多个栅栏，当别的栅栏唤醒了这个线程，就会走到这里，所以需要判断是否是当前代。
// 正是因为这个原因，才需要 generation 来保证正确。
if (g != generation)
return index;
// 如果有时间限制,且时间小于等于0,销毁栅栏,并抛出异常
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}