同步工具类 CountDownLatch 和 CyclicBarrier

2024-04-11 20:50:37

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 类
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 CountDownLatch 和 CyclicBarrier

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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