同步工具类 CountDownLatch 和 CyclicBarrier

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在开发中,一些异步操作会明显加快执行速度带来更好的体验,但同时也增加了开发的复杂度,想了用好多线程,就必须从这些方面去了解

  • 线程的 wait() notify() notifyall() 方法
  • 线程异步返回 Future
  • ThreadLocal
  • 线程池 ThreadPoolExecutor
  • 同步工具类 CountDownLatch,CyclicBarrier,Semaphore,Phaser,Exchanger

估计上面每一个对于 2~3 年的 java 同学来说都是恶梦,比较难以理解,本文简单说下 CountDownLatchCyclicBarrier

CountDownLatch

CountDownLatch 一般在执行时间较长的可分解的任务中比较常用,算是同步工具类中最容易理解的一个。

示例一:

一个简单的例子:有一个 100 万的 excel 数据导出,需要从数据库中查出数据,并封装成 excel 数据然后输出到前端。

稍微分析可以知道这个操作肯定会很费时间,它的瓶颈出在查询数据库数据和写 excel 上,如果我每 10 万数据一页读数据库并写 excel 成一个文件,最后把所有的 excel 使用 zip 打包,使用多线程,由于读数据库并不会加锁,性能将会有一个量级的提升(有实践过),这时会有一个问题,我启动多个线程后,主线程如何才能知道所有的线程都完成了呢,只有在所有线程都完成了后,才能对所有 excel 文件进行打包,这时可以用 CountDownLatch ,伪代码如下:

// Excel 线程
class ExcelThread extend Thread{
    private CountDownLatch countDownLatch;
    public ExcelThread(CountDownLatch countDownLatch){
        this.countDownLatch = countDownLatch;
    }
    public void run(){
        try{
            // do query db & write excel 
        }finally{
            countDownLatch.countDown();
        }
    }
}

public static void main(){
    //假定生成 3 个 excel 
    CountDownLatch countdownlatch = new CountDownLatch(3);
    foreach : 
    new ExcelThread(countdownlatch).start();
    
    countDownLatch.await();
    
    // do zip compress & down 
}

示例二:

如果用过 IDM 下载工具,看它的下载进度一定知道它是多线程下载的,自动分成了多段,其实用 java 的 RandomAccessFile 配合 CountDownlatch 一样可以做到多线程下载,可以实例化多个 RandomAccessFile 然后让其指向文件不同的文件位置,然后向里面填充数据即可,主线程在分线程全部完成后检验文件完整性。

当然 IDM 做得更好,它会其它线程都完成了,如果某一段还卡着的话,继续分隔,同样多线程下载,当然速度就快了。

示例三:

对于CountDownLatch,其他线程为游戏玩家,比如王者荣耀,主线程为控制游戏开始的线程。在所有的玩家都准备好之前,主线程是处于等待状态的,也就是游戏不能开始。当所有的玩家准备好之后,下一步的动作实施者为主线程,即开始游戏。

CyclicBarrier

相比如 CountDownLatch 是在主线程等待,CyclicBarrier 是子线程相互等待,而主线程早就已经结束了,并且在子线程相互等待的同时,可以附带一个 CountDownLatch 类似功能的线程,等所有子线程都完成了再操作,并且 CyclicBarrier 是可重用的,说这么多,看它的使用方式就知道什么意思了。

五人六足之类的游戏不知道读者玩过没,每个玩家是一个线程,必须互相等待对方准备好才可以进行下一步操作,其中也可以来一位指挥员他等到所有同学完成准备后下发指令,左脚,右脚。。。伪代码如下:

// 游戏玩家线程
class GamePerson extend Thread{
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;
    public GamePerson(CyclicBarrier cyclicBarrier){
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }
    public void run(){
        // 走下一步的准备阶段
        prepareNextStep();
        cyclicBarrier.await(); 
        // 走下一步
        nextStep();
    }
}

// 主线程
public static void main(){
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);
    //构建  5 个游戏玩家
    foreach:
    new GamePerson(cyclicBarrier);
    
    // 游戏开始,并开始计时
    startGame();beginCountTime();
    
    foreach:gamepersons
        gameperson.start();
}

// 主线程,添加指挥员
class Leader extend Thread{
    public void run(){
        System.out.println(“开始走”);
    }
}
// 主线程
public static void main(){
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5,new Leader());
    //构建  5 个游戏玩家
    foreach:
    new GamePerson(cyclicBarrier);
    
    // 游戏开始,并开始计时
    startGame();beginCountTime();
    
    foreach:gamepersons
        gameperson.start();
}

// 前面的例子只能跨一步,如果需要重用 CyclicBarrier 需要把主线程也当做同步对象,代码如下 
public static void main(){
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(6);
    //构建  5 个游戏玩家
    foreach:
    new GamePerson(cyclicBarrier);
    
    // 游戏开始,并开始计时
    startGame();beginCountTime();
   
    //假设让它们走 10 步
    for(int i=0;i<10;i++){
        cyclicBarrier.reset();
     foreach:gamepersons
        gameperson.start();
     cyclicBarrier.await();
   }
}

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阅读 212发布于 12月3日
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