Java并发包之闭锁/栅栏/信号量

2024-05-25 20:18

本文主要是介绍Java并发包之闭锁/栅栏/信号量,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一、Java多线程总结:
  1. 描述线程的类:Runable和Thread都属于java.lang包。
  2. 内置锁synchronized属于jvm关键字,内置条件队列操作接口Object.wait()/notify()/notifyAll()属于java.lang包。
  3. 提供内存可见性和防止指令重排的volatile属于jvm关键字。
  4. 而java.util.concurrent包(J.U.C)中包含的是java并发编程中有用的一些工具类,包括几个部分:
    • locks部分:包含在java.util.concurrent.locks包中,提供显式锁(互斥锁和速写锁)相关功能。
    • atomic部分:包含在java.util.concurrent.atomic包中,提供原子变量类相关的功能,是构建非阻塞算法的基础。
    • executor部分:散落在java.util.concurrent包中,提供线程池相关的功能。
    • collections部分:散落在java.util.concurrent包中,提供并发容器相关功能。
    • tools部分:散落在java.util.concurrent包中,提供同步工具类,如信号量、闭锁、栅栏等功能。
      这里写图片描述
二、同步工具类详解

1、Semaphore信号量:跟锁机制存在一定的相似性,semaphore也是一种锁机制,所不同的是,reentrantLock是只允许一个线程获得锁,而信号量持有多个许可(permits),允许多个线程获得许可并执行。可以用来控制同时访问某个特定资源的操作数量,或者同时执行某个指定操作的数量。

示例代码

 5 public class TIJ_semaphore {6     public static void main(String[] args) {7         ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();8         final Semaphore semp = new Semaphore(5); // 5 permits9 
10         for (int index = 0; index < 20; index++) {
11             final int NO = index;
12             Runnable run = new Runnable() {
13                 public void run() {
14                     try {// if 1 permit avaliable, thread will get a permits and go; if no permit avaliable, thread will block until 1 avaliable
15                         semp.acquire(); 
16                         System.out.println("Accessing: " + NO);
17                         Thread.sleep((long) (10000);
18                         semp.release();
19                     } catch (InterruptedException e) {
20                     }
21                 }
22             };
23             exec.execute(run);
24         }
25         exec.shutdown();
26     }

2、CountDownLatch闭锁:允许一个或多个线程一直等待,直到其他线程的操作执行完后再执行。CountDownLatch是通过一个计数器来实现的,计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后,计数器的值就会减1。当计数器值到达0时,它表示所有的线程已经完成了任务,然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

主要方法
1. CountDownLatch.await():将某个线程阻塞住,直到计数器count=0才恢复执行。
2. CountDownLatch.countDown():将计数器count减1。

使用场景
1. 实现最大的并行性:有时我们想同时启动多个线程,实现最大程度的并行性。例如,我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch,并让所有线程都在这个锁上等待,那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用 一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。
2. 开始执行前等待n个线程完成各自任务:例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前,所有N个外部系统已经启动和运行了。
3. 死锁检测:一个非常方便的使用场景是,你可以使用n个线程访问共享资源,在每次测试阶段的线程数目是不同的,并尝试产生死锁。
4. 计算并发执行某个任务的耗时。

示例代码

public class CountDownLatchTest {  public void timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException{  final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);  final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads);  for(int i = 0; i < nThreads; i++){  Thread t = new Thread(){  public void run(){  try{  startGate.await();  try{  task.run();  }finally{  endGate.countDown();  }  }catch(InterruptedException ignored){  }  }  };  t.start();  }  long start = System.nanoTime();  System.out.println("打开闭锁");  startGate.countDown();  endGate.await();  long end = System.nanoTime();  System.out.println("闭锁退出,共耗时" + (end-start));  }  public static void main(String[] args) throws InterruptedException{  CountDownLatchTest test = new CountDownLatchTest();  test.timeTasks(5, test.new RunnableTask());  }  class RunnableTask implements Runnable{  @Override  public void run() {  System.out.println("当前线程为:" + Thread.currentThread().getName());  }     }  执行结果为:  
打开闭锁  
当前线程为:Thread-0  
当前线程为:Thread-3  
当前线程为:Thread-2  
当前线程为:Thread-4  
当前线程为:Thread-1  
闭锁退出,共耗时1109195  

3、CyclicBarrier栅栏:用于阻塞一组线程直到某个事件发生。所有线程必须同时到达栅栏位置才能继续执行下一步操作,且能够被重置以达到重复利用。而闭锁是一次性对象,一旦进入终止状态,就不能被重置。

示例代码

public class CyclicBarrierTest {private final CyclicBarrier barrier;private final Worker[] workers;public CyclicBarrierTest(){int count = Runtime.getRuntime().availableProcessors();this.barrier = new CyclicBarrier(count,new Runnable(){@Overridepublic void run() {System.out.println("所有线程均到达栅栏位置,开始下一轮计算");}});this.workers = new Worker[count];for(int i = 0; i< count;i++){workers[i] = new Worker(i);}}private class Worker implements Runnable{int i;public Worker(int i){this.i = i;}@Overridepublic void run() {for(int index = 1; index < 3;index++){System.out.println("线程" + i + "第" + index + "次到达栅栏位置,等待其他线程到达");try {//注意是await,而不是waitbarrier.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();return;} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();return;}}}}public void start(){for(int i=0;i<workers.length;i++){new Thread(workers[i]).start();}}public static void main(String[] args){new CyclicBarrierTest().start();}
}执行结果为:  
线程01次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
线程11次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
线程21次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
线程31次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
所有线程均到达栅栏位置,开始下一轮计算  
线程32次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
线程22次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
线程02次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
线程12次到达栅栏位置,等待其他线程到达  
所有线程均到达栅栏位置,开始下一轮计算 

这篇关于Java并发包之闭锁/栅栏/信号量的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!


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