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并发工具

2018年09月07日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

countdownlatch：等待多线程完成

　　countdownlatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

　　假如有这样一个需求：我们需要解析一个excel里多个sheet的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要提示解析完成（或者汇总结果）。在这个需求中，要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作，最简单的做法是使用join()方法，

 

join()方法实现代码如下：

 1 import java.util.random;
 2 import java.util.concurrent.atomic.atomicinteger;
 3 
 4 public class joincountdownlatchtest {
 5     private static random sr=new random(47); 
 6     private static atomicinteger result=new atomicinteger(0);
 7     private static int threadcount=10;
 8     private static class parser implements runnable{ 
 9         string name;
10         public parser(string name){
11             this.name=name;
12         }
13         @override
14         public void run() {
15             int sum=0;
16             int seed=math.abs(sr.nextint()) ;
17             random r=new random(47); 
18             for(int i=0;i<100;i++){  
19                 sum+=r.nextint(seed);
20             }  
21             result.addandget(sum);
22             system.out.println(name+"线程的解析结果："+sum);
23         } 
24     }
25     public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
26         thread[] threads=new thread[threadcount];
27         for(int i=0;i<threadcount;i++){
28             threads[i]=new thread(new parser("parser-"+i));
29         } 
30         for(int i=0;i<threadcount;i++){
31             threads[i].start();
32         } 
33         /**
34          * join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。
35          *     其中，wait（0）表示永远等待下去
36          *     通过thread类源码可以得知，直到join线程中止后，线程的this.notifyall()方法会被调用，调用notifyall()方法是在jvm里实现的，所以在jdk里看不到
37          */
38         for(int i=0;i<threadcount;i++){
39             threads[i].join();
40         } 
41         system.out.println("所有线程解析结束！");
42         system.out.println("所有线程的解析结果："+result);
43     } 
44 }

countdownlatch类代码实现如下：

 1 import java.util.random;
 2 import java.util.concurrent.countdownlatch;
 3 import java.util.concurrent.atomic.atomicinteger;
 4 
 5 public class countdownlatchtest {
 6     private static random sr = new random(47);
 7     private static atomicinteger result = new atomicinteger(0);
 8     private static int threadcount = 10;// 线程数量
 9     private static countdownlatch countdown = new countdownlatch(threadcount);// countdownlatch
10 
11     private static class parser implements runnable {
12         string name;
13 
14         public parser(string name) {
15             this.name = name;
16         }
17 
18         @override
19         public void run() {
20             int sum = 0;
21             int seed = math.abs(sr.nextint());
22             random r = new random(47);
23             for (int i = 0; i < 100; i++) {
24                 sum += r.nextint(seed);
25             }
26             result.addandget(sum);
27             system.out.println(name + "线程的解析结果：" + sum);
28             countdown.countdown();
29         }
30     }
31 
32     public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
33         thread[] threads = new thread[threadcount];
34         for (int i = 0; i < threadcount; i++) {
35             threads[i] = new thread(new parser("parser-" + i));
36         }
37         for (int i = 0; i < threadcount; i++) {
38             threads[i].start();
39         }
40         /*
41          * for(int i=0;i<threadcount;i++){ threads[i].join(); }
42          */
43         countdown.await();// 将join改为使用countdownlatch
44         system.out.println("所有线程解析结束！");
45         system.out.println("所有线程的解析结果：" + result);
46     }
47 }

 

countdownlatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待n个点完成，这里就传入n。

当我们调用countdownlatch的countdown方法时，n就会减1，countdownlatch的await方法会阻塞当前线程，直到n变成零。

由于countdown方法可以用在任何地方，所以这里说的n个点，可以是n个线程，也可以是1个线程里的n个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个countdownlatch的引用传递到线程里即可。

如果有某个解析sheet的线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使用另外一个带指定时间的await方法——await（long time，timeunit unit），这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。

join也有类似的方法。

注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。countdownlatch不可能重新初始化或者修改countdownlatch对象的内部计数器的值。

一个线程调用countdown方法happen-before，另外一个线程调用await方法。

 

cyclicbarrier：同步屏障

　　cyclicbarrier的字面意思是可循环使用（cyclic）的屏障（barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

　　cyclicbarrier默认的构造方法是cyclicbarrier（int parties），其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉cyclicbarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

 1 import java.util.random;
 2 import java.util.concurrent.cyclicbarrier;
 3 import java.util.concurrent.atomic.atomicinteger;
 4 
 5 public class cyclicbarriertest {
 6 
 7     private static random sr = new random(47);
 8     private static atomicinteger result = new atomicinteger(0);
 9     private static int threadcount = 10;
10     // 屏障后面执行汇总
11     private static cyclicbarrier barrier = new cyclicbarrier(threadcount, new accumulate());
12 
13     private static class parser implements runnable {
14         string name;
15 
16         public parser(string name) {
17             this.name = name;
18         }
19 
20         @override
21         public void run() {
22             int sum = 0;
23             int seed = math.abs(sr.nextint());
24             random r = new random(47);
25             for (int i = 0; i < (seed % 100 * 100000); i++) {
26                 sum += r.nextint(seed);
27             }
28             result.addandget(sum);
29             system.out.println(system.currenttimemillis() + "-" + name + "线程的解析结果：" + sum);
30             try {
31                 barrier.await();
32                 system.out.println(system.currenttimemillis() + "-" + name + "线程越过屏障！");
33             } catch (exception e) {
34                 e.printstacktrace();
35             }
36         }
37     }
38 
39     static class accumulate implements runnable {
40         @override
41         public void run() {
42             system.out.println("所有线程解析结束！");
43             system.out.println("所有线程的解析结果：" + result);
44         }
45     }
46 
47     public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
48         thread[] threads = new thread[threadcount];
49         for (int i = 0; i < threadcount; i++) {
50             threads[i] = new thread(new parser("parser-" + i));
51         }
52         for (int i = 0; i < threadcount; i++) {
53             threads[i].start();
54         }
55     }
56 }

各个线程解析完成的时间不一致，但是越过屏障的时间却是一致的。

 

cyclicbarrier和countdownlatch的区别：

　　countdownlatch的计数器只能使用一次，而cyclicbarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以cyclicbarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。
　　cyclicbarrier还提供其他有用的方法，比如getnumberwaiting方法可以获得cyclic-barrier阻塞的线程数量。isbroken()方法用来了解阻塞的线程是否被中断。

semaphore：控制并发线程数

　　semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。
　　把它比作是控制流量的红绿灯。比如××马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入××马路，但是如果前一百辆中有5辆车已经离开了××马路，那么后面就允许有5辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

应用场景：

　　semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是io密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用semaphore来做流量控制，代码如下：

 1 import java.util.concurrent.executorservice;
 2 import java.util.concurrent.executors;
 3 import java.util.concurrent.semaphore;
 4  
 5 public class semaphoretest { 
 6     private static final int thread_count = 30;
 7     private static executorservice threadpool = executors.newfixedthreadpool(thread_count);
 8     private static semaphore s = new semaphore(10);
 9     
10     public static void main(string[] args) {
11         for (int i = 0; i < thread_count; i++) {
12             threadpool.execute(new runnable() {
13                 @override
14                 public void run() {
15                     try { 
16                         s.acquire();
17                         system.out.println("save data");
18                         s.release();
19                     } catch (interruptedexception e) {
20                     }
21                 }
22             });
23         }
24         threadpool.shutdown();
25     }
26 }

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。semaphore的构造方法semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。semaphore（10）表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。semaphore的用法也很简单，首先线程使用semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以
用tryacquire()方法尝试获取许可证。

 

其他方法：

　　semaphore还提供一些其他方法，具体如下：
　　　　int availablepermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
　　　　int getqueuelength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
　　　　boolean hasqueuedthreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
　　　　void reducepermits（int reduction）：减少reduction个许可证，是个protected方法。
　　　　collection getqueuedthreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected方法。

exchanger：线程间交换数据

exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。
下面来看一下exchanger的应用场景。
　　1、exchanger可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。

　　2、exchanger也可以用于校对工作，比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用ab岗两人进行录入，录入到excel之后，系统需要加载这两个excel，并对两个excel数据进行校对，看看是否录入一致.

 1 import java.util.concurrent.exchanger;
 2 import java.util.concurrent.executorservice;
 3 import java.util.concurrent.executors;
 4 
 5 public class exchangertest {
 6 
 7     private static final exchanger<string> exgr = new exchanger<string>();
 8     private static executorservice threadpool = executors.newfixedthreadpool(2);
 9 
10     public static void main(string[] args) {
11         threadpool.execute(new runnable() {
12             @override
13             public void run() {
14                 try {
15                     string a = "银行流水100";// a录入银行流水数据
16                     string b = exgr.exchange(a);
17                     system.out.println("a的视角：a和b数据是否一致：" + a.equals(b) + "，a录入的是：" + a + "，b录入是：" + b);
18                 } catch (interruptedexception e) {
19                 }
20             }
21         });
22         threadpool.execute(new runnable() {
23             @override
24             public void run() {
25                 try {
26                     string b = "银行流水200";// b录入银行流水数据
27                     string a = exgr.exchange(b);
28                     system.out.println("b的视角：a和b数据是否一致：" + a.equals(b) + "，a录入的是：" + a + "，b录入是：" + b);
29                 } catch (interruptedexception e) {
30                 }
31             }
32         });
33         threadpool.shutdown();
34     }
35 }

输出：

　　b的视角：a和b数据是否一致：false，a录入的是：银行流水100，b录入是：银行流水200
　　a的视角：a和b数据是否一致：false，a录入的是：银行流水100，b录入是：银行流水200

　　如果两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange（v x，longtimeout，timeunit unit）设置最大等待时长。

 

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