Java并发工具类：CountDownLatch与CyclicBarrier的应用与原理

在Java的并发编程中，`CountDownLatch`和`CyclicBarrier`是两个非常重要的工具类，它们提供了便捷的线程同步机制，能够帮助开发者更好地管理并发任务。本文将详细介绍这两个工具类的应用与原理。

二、CountDownLatch

2.1 应用场景

`CountDownLatch`允许一个或多个线程等待其他线程完成一组操作。它通常用于以下场景：

• 主线程等待多个子线程完成初始化工作。
• 多个线程完成各自的计算任务后，主线程汇总结果。

2.2 工作原理

`CountDownLatch`通过一个计数器来跟踪尚未完成的任务数量。调用`await()`方法的线程会被阻塞，直到计数器减至零。每次调用`countDown()`方法时，计数器减一。当计数器变为零时，所有等待的线程会被唤醒并继续执行。

2.3 代码示例

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

        Runnable task = () -> {
            try {
                // 模拟任务执行
                Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                latch.countDown();
            }
        };

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(task).start();
        }

        try {
            latch.await();
            System.out.println("所有任务完成");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    

三、CyclicBarrier

3.1 应用场景

`CyclicBarrier`允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达一个共同的屏障点。它通常用于以下场景：

• 多线程分阶段执行，每个阶段完成后需要等待其他线程。
• 实现并行计算中的同步点。

3.2 工作原理

`CyclicBarrier`将一组线程放在屏障上，所有线程调用`await()`方法，直到最后一个线程也调用了`await()`方法。此时，可以选择一个屏障动作（BarrierAction）在所有线程都被释放之前执行。如果某个线程在到达屏障时被中断或超时，则所有等待的线程会被中断或返回一个特殊的超时状态。

3.3 代码示例

        int parties = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(parties, () -> {
            System.out.println("所有线程都到达屏障点，执行屏障动作");
        });

        Runnable task = () -> {
            try {
                // 模拟任务执行
                Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 准备到达屏障点");
                barrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 已经通过屏障点");
            } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        };

        for (int i = 0; i < parties; i++) {
            new Thread(task).start();
        }
    

`CountDownLatch`和`CyclicBarrier`是Java并发编程中非常有用的工具类。`CountDownLatch`适用于一次性任务等待场景，而`CyclicBarrier`则适用于周期性任务等待场景。通过合理使用这两个工具类，开发者可以更高效地管理并发任务，提高程序的性能和可靠性。