Java并发工具类：CountDownLatch与CyclicBarrier的应用

在Java并发编程中，为了有效地管理多个线程之间的协作，Java提供了一系列并发工具类。其中，CountDownLatch和CyclicBarrier是两个非常有用的工具，它们能够帮助开发者实现线程间的同步和等待机制。本文将详细介绍这两个工具类的应用。

CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步辅助类，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等待。

工作原理

CountDownLatch初始化时设置一个计数器，每当一个线程完成自己的任务后，就将计数器减1。当计数器值达到0时，等待在CountDownLatch上的线程将被唤醒，继续执行。

使用场景

CountDownLatch常用于需要等待多个线程完成某个任务后再继续执行的场景，比如启动一个服务前需要加载多个资源文件。

代码示例

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int numberOfThreads = 3;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfThreads);

        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 模拟任务执行
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 任务完成");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    latch.countDown();
                }
            }).start();
        }

        latch.await(); // 等待所有线程完成任务
        System.out.println("所有任务完成，继续执行后续操作");
    }
}
    

CyclicBarrier

CyclicBarrier是一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达一个公共屏障点（common barrier point）。

工作原理

CyclicBarrier初始化时设置一个屏障点计数器和一个屏障动作（BarrierAction）。当所有线程都到达屏障点时，它们将被阻塞，直到屏障动作被执行。屏障动作执行完毕后，所有线程将继续执行。

使用场景

CyclicBarrier常用于需要一组线程互相等待，并在所有线程都准备好后再继续执行某个操作的场景，比如并行计算中的多阶段任务。

代码示例

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        int numberOfThreads = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfThreads, () -> {
            System.out.println("所有线程已到达屏障点，执行屏障动作");
        });

        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 模拟任务执行
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 到达屏障点");
                    barrier.await(); // 等待其他线程到达屏障点
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 继续执行后续操作");
            }).start();
        }
    }
}
    

CountDownLatch和CyclicBarrier是Java并发编程中非常有用的工具类，它们能够帮助开发者实现线程间的同步和等待机制。CountDownLatch适用于需要等待多个线程完成某个任务后再继续执行的场景，而CyclicBarrier则适用于需要一组线程互相等待，并在所有线程都准备好后再继续执行某个操作的场景。通过合理使用这两个工具类，可以大大提高并发程序的可靠性和效率。