一、引言

在java 1.5中，提供了一些非常有用的辅助类来帮助我们进行并发编程，比如CountDownLatch，CyclicBarrier、Semaphore和exchanger。

Semaphore：一个计数信号量
CountDownLatch：一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
CyclicBarrier：一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点
Exchanger：方便了两个共同操作线程之间的双向交换

下面举例子分别介绍这些类的使用场景

二、Semaphore

Semaphore 信号量对象管理的信号就像令牌，构造时传入个数，总数就是控制并发的数量。我们需要控制并发的代码，执行前先获取信号(通过acquire获取信号许可)，执行后归还信号(通过release归还信号许可)。每次acquire成功返回后，Semaphore可用的信号量就会减少一个，如果没有可用的信号，acquire调用就会阻塞，等待有release调用释放信号后，acquire才会得到信号并返回。

如果Semaphore管理的信号量为1个，那么就退化到互斥锁了；如果多于一个信号量，则主要用于控制并发数。与通过控制线程数来控制并发数的方式相比，通过Semaphore来控制并发数可以控制得更加细粒度，因为真正被控制最大并发的代码放到acquire和release之间就行了。

使用场景，食堂做饭只有四个切菜刀，有十个人要切十个菜，限制菜刀数量抢到的先切菜，切完再给别人。

public class Testsemophore {public static void main(String[]args){final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);for (int i=0;i<7;i++){new Thread(new Runnable() {public void run() {try {semaphore.acquire();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到许可");Thread.sleep(1000);semaphore.release();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}}}

输出结果：

Thread-0获取到许可
Thread-2获取到许可
Thread-1获取到许可
Thread-3获取到许可
Thread-4获取到许可
Thread-5获取到许可
Thread-6获取到许可

三、countdownlatch

一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。

其机制是：当多个（具体数量等于初始化CountDownLatch时的count参数的值）线程都达到了预期状态或完成预期工作时触发事件，其他线程可以等待这个事件来触发自己的后续工作。这里需要注意的是，等待的线程可以是多个，即CountDownLatch是可以唤醒多个等待的线程的。达到自己预期状态的线程会调用CountDownLatch的countDown方法，而等待的线程会调用CountDownLatch的await方法。

CountDownLatch 很适合用来将一个任务分为n个独立的部分，等这些部分都完成后继续接下来的任务，CountDownLatch 只能出发一次，计数值不能被重置。

public class Testcutdownlatch {public static void main(String[] args) {final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);new Thread(new Runnable() {public void run() {try {latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("Waiter Released");}}).start();new Thread(new Runnable() {public void run() {try {Thread.sleep(1000);latch.countDown();Thread.sleep(1000);latch.countDown();Thread.sleep(1000);latch.countDown();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}}

输出结果：

Waiter Released

四、cyclicbarrier

可以协同多个线程，让多个线程在这个屏障前等待，直到所有线程都达到了这个屏障时，再一起继续执行后面的动作。

CyclicBarrier适用于多个线程有固定的多步需要执行，线程间互相等待，当都执行完了，再一起执行下一步。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环的 barrier

public class Testcyclicbarrier {public static void main(String[] args) {final CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(2, new Runnable() {public void run() {System.out.println("BarrierAction 1 executed ");}});final CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2, new Runnable() {public void run() {System.out.println("BarrierAction 2 executed ");}});for (int i=0;i<3;i++){new Thread(new Runnable() {public void run() {try {Thread.sleep(1000);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"waited barrier1");barrier1.await();Thread.sleep(1000);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"waited barrier2");barrier2.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}}}

输出结果：

Thread-0waited barrier1
Thread-2waited barrier1
Thread-1waited barrier1
BarrierAction 1 executed
Thread-0waited barrier2
Thread-1waited barrier2
BarrierAction 2 executed

注意比较CountDownLatch和CyclicBarrier：

　　(01) CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。

　　(02) CountDownLatch的计数器无法被重置；CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier。

CountDownLatch 适用于一组线程和另一个主线程之间的工作协作。一个主线程等待一组工作线程的任务完毕才继续它的执行是使用 CountDownLatch 的主要场景；CyclicBarrier 用于一组或几组线程，比如一组线程需要在一个时间点上达成一致，例如同时开始一个工作。

五、exchanger

Exchanger 类方便了两个共同操作线程之间的双向交换；这样，就像具有计数为 2 的 CyclicBarrier，并且两个线程在都到达屏障时可以“交换”一些状态。（Exchanger 模式有时也称为聚集。）

Exchanger 通常用于一个线程填充缓冲（通过读取 socket），而另一个线程清空缓冲（通过处理从 socket 收到的命令）的情况。当两个线程在屏障处集合时，它们交换缓冲。

public class Testexchanger {public static void main(String[]args){final Exchanger exchanger = new Exchanger();//Action action=new Action();new Thread(new Runnable() {public void run() {try {Thread.sleep(1000);exchanger.exchange(Thread.currentThread().getName()+"data");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我交给你了");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();new Thread(new Runnable() {public void run() {try {exchanger.exchange(Thread.currentThread().getName()+"data");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我交给你了");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}}

输出结果：

Thread-0我交给你了
Thread-1我交给你了

六、总结

semaphore

countdownlatch

cyclicbarrier

exchanger

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二、Semaphore

三、countdownlatch

四、cyclicbarrier

五、exchanger

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