同步工具类可以是任何一个对象。
阻塞队列可以用作同步工具类。
生产者现场往队列中存入任务，消费者线程从阻塞队列中获取任务。可以在某种程度上对生产者线程和消费者线程进行解偶。存入任务和获取任务速率不一致的时候，不会导致效率下降。
其他的同步工具类包括：信号量（Semaphore）、栅栏（Barrier、CyclicBarrier）、FutureTask以及闭锁（Latch、CountDownLatch）。
信号量 Semaphore
Semaphore 可以用来控制某些访问资源的操作数量，可以用作限流器，可以用来实现资源池。
Semaphore 管理一组虚拟的许可（permit），可以通过Semaphore构造函数指定。
Semaphore semp = new Semaphore(5);
执行操作时获得许可，使用以后释放许可。如果没有许可，则一直阻塞到有许可为止。通过 acquire() 可以获得一个许可，通过 release() 方法可以释放一个许可。
Semaphore 可以用作数据库连接池。可以构造一个固定长度的资源池，当池为空时，请求资源会失败。
Semaphore 也可以用来实现有界阻塞容器。比如以下代码。添加元素时，先获得一个许可，如果没有许可，则会阻塞直到有许可之后再进行元素添加；删除元素时，释放一个许可。
public class Test0514BoundedHashSet<T> {
private final Set<T> set;
private final Semaphore sem;
public Test0514BoundedHashSet(int bound) {
this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
sem = new Semaphore(bound);
}
public boolean add(T o) throws InterruptedException {
// 获取一个许可，只有获取到许可才能添加元素
sem.acquire();
boolean wasAdded = false;
try {
wasAdded = set.add(o);
return wasAdded;
} finally {
if (!wasAdded) {
sem.release();
}
}
}
public boolean remove(Object o) {
boolean wasRemoved = set.remove(o);
if (wasRemoved) {
// 删除元素，则释放一个许可
sem.release();
}
return wasRemoved;
}
}
栅栏 Barrier
栅栏的作用时，等待所有线程到达栅栏位置，然后才继续执行。
例如：泡茶，要等待洗茶壶、洗茶杯以及拿茶叶都好了之后，才能执行泡茶动作。（也可以使用CompletableFuture实现）
另一个例子，几个家庭决定在某个地方集合：“所有人6:00在麦当劳碰头，到了以后要等其他人，之后再进行讨论”。
CyclicBarrier 可以让一定数量的参与方反复地在栅栏位置汇集，在并行迭代算法中非常有用。可以参考：王宝令老师的《Java并发编程实战》的“19 CountDownLatch和CyclicBarrier：如何让多线程步调一致？”的对账系统的例子。
而 CyclicBarrier 是一组线程之间互相等待，更像是几个驴友之间不离不弃。除此之外 CountDownLatch 的计数器是不能循环利用的，也就是说一旦计数器减到 0，再有线程调用 await()，该线程会直接通过。但 CyclicBarrier 的计数器是可以循环利用的，而且具备自动重置的功能，一旦计数器减到 0 会自动重置到你设置的初始值。除此之外，CyclicBarrier 还可以设置回调函数，可以说是功能丰富。
当线程到达栅栏位置时将调用await方法，这个方法将阻塞直到所有线程都到达栅栏位置。如果所有的线程都到达了栅栏位置，那么栅栏将打开，此时所有线程都被释放，而栅栏将被重置（parties数量重置为初始值）以便下次使用。
/**
* 循环执行任务
* 测试 CyclicBarrier
* 两个任务比较耗时：查询运单库、查询订单哭
* 需要执行这两个任务获取返回数据后执行check方法；
* <p>
* 这里的优化点：执行check的时候，查询下一次的两个耗时任务：查询运单库、查询订单哭
*
*/
public class TestCyclicBarrier {
// 执行回调的线程池
Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2, () -> {
executor.execute(() -> check());
});
public static void main(String[] args) {
TestCyclicBarrier barrier = new TestCyclicBarrier();
barrier.checkAll();
}
void check() {
System.out.println(">>>> check");
}
void checkAll() {
// 循环查询订单库
Thread T1 = new Thread(() -> {
while (true) {
try {
// 查询订单库
sleep(1000);
System.out.println("查询订单哭");
// 等待
barrier.await();
System.out.println(">> count = " + barrier.getNumberWaiting());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
T1.start();
// 循环查询运单库
Thread T2 = new Thread(() -> {
while (true) {
try {
// 查询订单库
System.out.println("查询运单库");
// 查询订单库
sleep(2000);
// 等待
barrier.await();
System.out.println(">> count = " + barrier.getNumberWaiting());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
T2.start();
}
}
FutureTask
FutureTask 表示的计算是通过Callable来实现的，相当于一种可生成结果的Runnable。当 FutureTask 进入完成状态后，会永远停留在这个状态上。
FutureTask 经常用于一些时间比较长的计算，计算结果在稍后使用，通过提前计算，减少等待结果需要的时间。
/**
* 使用 FutureTask 来提前加载稍后需要的数据
* <p>
* 提前加载数据
* future.get() 的异常处理需要注意
*
*/
public class Test0512Preloader {
private final FutureTask<ProductInfo> future = new FutureTask<ProductInfo>(new Callable<ProductInfo>() {
@Override
public ProductInfo call() throws DataLoadException {
return loadProductInfo();
}
});
private final Thread thread = new Thread(future);
public void start() {
thread.start();
}
public ProductInfo get() throws DataLoadException, InterruptedException {
try {
return future.get();
} catch (ExecutionException e) {
Throwable cause = e.getCause();
if (cause instanceof DataLoadException) {
throw (DataLoadException) cause;
} else {
throw launderThrowable(cause);
}
}
}
/**
* 异常处理封装方法
*
* @param t
* @return
*/
private RuntimeException launderThrowable(Throwable t) {
if (t instanceof RuntimeException) {
return (RuntimeException) t;
} else if (t instanceof Error) {
throw (Error) t;
} else {
throw new IllegalStateException("Not unchecked", t);
}
}
public ProductInfo loadProductInfo() {
return new ProductInfo();
}
}
Latch 闭锁
闭锁相当于一扇门，在闭锁到达结束状态之前，这扇门一直是关闭的，并且没有任何线程能通过，当到达结束状态时，这扇门会打开并允许所有的线程通过。
同样，可以参考：王宝令老师的《Java并发编程实战》的“19 CountDownLatch和CyclicBarrier：如何让多线程步调一致？”的对账系统的例子。
另外一个例子：
public class TestCountDownLatch {
public static void main(String[] args) {
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
new Thread() {
public void run() {
try {
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在执行");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");
latch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
;
}.start();
new Thread() {
public void run() {
try {
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "正在执行");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");
latch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
;
}.start();
try {
System.out.println("等待2个子线程执行完毕...");
latch.await();
System.out.println("2个子线程已经执行完毕");
System.out.println("继续执行主线程");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
输出
子线程Thread-0正在执行
等待2个子线程执行完毕...
子线程Thread-1正在执行
子线程Thread-0执行完毕
子线程Thread-1执行完毕
2个子线程已经执行完毕
继续执行主线程
栅栏用于等待其他线程，闭锁用于等待事件。
代码地址：https://github.com/prepared48/Java-learning.git
说明：文中内容不完全整理自《Java并发编程实战》和王宝令老师的《Java并发编程实战》