推荐学习死磕「并发编程」100天，全靠阿里大牛的这份最全「高并发套餐」 抖音后端123面开挂，全靠这份啃了58天的「Java进阶核心知识集」 1、JUC是什么？

JUC是java并发包java.util.concurrent的缩写，就是这么简单明了～～～

在我们JDK的并发包中，提供了几个非常有用的并发工具类，比如：CountDownLatch 闭锁、CyclicBarrier 同步屏障、Semaphore 信号量，在线程之间交换数据的一种方式 Exchanger，赶紧操练起来。

2、CountDownLatch 闭锁

这个CountDownLatch可以说是Join()方法的升级版，join用于让当前执行的线程，等待调用join的线程执行结束，然后在接着往下执行。

/** * @Auther: IT贱男 * @Date: 2020/5/8 14:16 * @Description: join */public class JoinTest {     static class JoinThread extends Thread {        @Override        public void run() {            System.out.println("JoinThread thread running");            try {                Thread.sleep(2000L);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            System.out.println("JoinThread thread over");        }    }     public static void main(String[] args) {        System.out.println("main is running");        JoinThread joinThread = new JoinThread();        joinThread.start();         try {            // 让主线线程等待joinThread执行完成，才继续往下执行            joinThread.join();        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("main is over");     }}

执行结果如下：

main is running

JoinThread thread running

JoinThread thread over

main is over

从代码可以，在main方法中调用了JoinThread的join方法，mian这个主线程，就必须等到JoinThread这个线程执行完毕才会接着执行。 join的原理其实就是不停的去检查join的线程是否还存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。一直到join线程执行完了，线程的this.notifyAll()就会被调用，调用notifyAll()方法是在JVM里面进行实现的。

join部分源码如下，其中wait(0)就是表示永远等待下去，isAlive()检查是否存活。

while (isAlive()) {      wait(0);}

在回过头来看CountDownLatch，在JDK1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的功能，它允许一个或者多个线程等待其他线程完成操作。

我们先来看看它的构造函数：

  public CountDownLatch(int count) {           if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");            this.sync = new Sync(count);     }

CountDownLatch的构造函数接受一个int类型的参数作为计数器。假设现在启动一个任务，需要开启5个线程去完成初始化工作，一直到初始化的工作全部做完了，业务线程和主线才接着执行后续代码，所以这里构造函数中我们就需要传5进去。

常用的方法如下：

public void await() throws InterruptedException {         sync.acquireSharedInterruptibly(1);   }

public void countDown() {          sync.releaseShared(1);    }

当我们调用CountDownLatch的await()方法时，该线程会被阻塞，一直到计数器变成0才被唤醒。

countDown()方法调用一次，计数器就会减1，一直到计数器被减到0时，调用await()的线程才可以继续执行。

注意：计数器必须大于等于0，只是如果等于0的时候，计数器就是0，线程调用await()方法也不会进入阻塞状态。

代码演示：现在启动一个任务，需要等待5个线程全部初始化完毕之后，主线程和业务线程才可以执行执行。

public class CountDownLatchTest {     // 一个线程也可以进行减多次    static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);     /**     * 初始化线程     */    static class InitTask implements Runnable {        @Override        public void run() {            try {                Thread.sleep(1000L);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            System.out.println(Thread.currentThread().getId() + "InitTask thread init ");            // 计数器 -1            latch.countDown();        }    }      /**     * 业务线程     */    static class BusinessTask implements Runnable {        @Override        public void run() {            try {                // 等待初始化线程完成                latch.await();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            System.out.println("Business thread start work");        }    }      public static void main(String[] args) {         // 初始化5个线程        for (int i = 0; i < 5; i++) {            Thread thread = new Thread(new InitTask());            thread.start();        }         // 启动业务线程，必须要等到初始化线程5个全部完成，才开始执行业务代码        new Thread(new BusinessTask()).start();          try {            // 主线程也要等待初始化线程完成，才接着往下走            latch.await();        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }         // 必须要等到初始化线程5个全部完成，才会走到这里        System.out.println("Main thread is start work");    }}

执行结果如下：

13InitTask thread init

10InitTask thread init

14InitTask thread init

11InitTask thread init

12InitTask thread init

Main thread is start work

Business thread start work

CountDownLatch还有一个await带参数的方法，如果初始化线程执行特别慢，或者因为异常了没有正常调用countDown()方法，我们也不可能让其他线程一直等着，所以可以使用另外一个带指定时间的await方法，该方法等待特定的时间以后，就不会再阻塞当前线程。

 public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));    }

3、CyclicBarrier 同步屏障

它要做的事情就是让一组线程达到一个同步点(也可以说屏障)，等到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截点线程才会继续运行，并且可以循环使用。

举个例子，森林冰火双人游戏不知道小伙伴有没有玩过，必须要两个玩家全部到达门时，门(屏障)才会开。

CyclicBarrier提供了两种构造函数：

第一种构造函数：

public CyclicBarrier(int parties) {        this(parties, null);    }

默认的构造函数就是CyclicBarrier(int parites)，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，当然当前线程被阻塞。 一直到指定数量的线程被拦截，才能放行。

调用await()，相当于计数器加1，一直达到等于parties数量，则屏障打开。

public class CyclicBarrierTest {     // 由线程本身控制是否完成    static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);     // 初始化线程    static class InitTask extends Thread {        @Override        public void run() {            try {                // 随机睡眠                Thread.sleep(new Random().nextInt(2000));                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "到达终点");                barrier.await();            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }            // 必须冰妹妹，和火哥哥两个玩家全部执行完await()方法，才算成功            System.out.println("恭喜" + Thread.currentThread().getName() + "闯关成功");        }    }      public static void main(String[] args) {         InitTask initMM = new InitTask();        initMM.setName("冰妹妹");         InitTask initGG = new InitTask();        initGG.setName("火哥哥");         initGG.start();        initMM.start();    }}

执行结果如下：

冰妹妹到达终点

火哥哥到达终点

恭喜火哥哥闯关成功

恭喜冰妹妹闯关成功

由结果可见，必须要冰妹妹、火哥哥全部达到终点，双方才能被放行。

被放行的线程可能是冰妹妹优先执行、也有可能是火哥哥优先执行，都是由CPU决定的。

如果把new CyclicBarrier(2) 修改为 new CyclicBarrier(3) ，则先到达屏障的线程会一直处于等待状态，因为没有第三个线程调用await()方法，所以之前达到屏障的线程都不会继续执行。

第二种构造函数：

 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {        if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();        this.parties = parties;        this.count = parties;        this.barrierCommand = barrierAction;    }

CyclicBarrier()还提供了更高级的构造函数，在全部线程都到达屏障的时候，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。 假设冰妹妹、火哥哥闯关成功了，需要优先加载下一个关卡资源，来提高用户体验。

public class CyclicBarrierTest {     // 控制一组线程同时完全的情况下，代码接着执行，有线程本身控制是否完成    static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2, new BusinessTask());     // 业务线程    static class BusinessTask implements Runnable {        @Override        public void run() {            System.out.println("开始加载下一关资源");        }    }        // 代码省略}

执行结果如下：

火哥哥到达终点

冰妹妹到达终点

开始加载下一关资源

恭喜冰妹妹闯关成功

恭喜火哥哥闯关成功

循环使用：

这个森林冰火小游戏可是有很多关卡的，每一个关卡都是需要两个玩家同时到达屏障才算闯关成功。这里CyclicBarrier也是可以重复使用的，假设闯完第一关之后，继续闯第二关。

同步屏障计数器初始化还是2，但是我们开启了4个线程来执行，结果依然是正确，所以能够体现CyclicBarrier是可以循环使用的。

// 控制一组线程同时完全的情况下，代码接着执行，有线程本身控制是否完成static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2, new BusinessTask()); // 其他代码保持一致  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         System.out.println("开始闯关：关卡一");        InitTask initMM = new InitTask();        initMM.setName("冰妹妹");         InitTask initGG = new InitTask();        initGG.setName("火哥哥");         initGG.start();        initMM.start();         // 关卡一完成之后，火哥哥内急去了一趟洗手间，睡眠5秒        Thread.sleep(5000L);        System.out.println("开始闯关：关卡二");        InitTask initMM2 = new InitTask();        initMM2.setName("冰妹妹");         InitTask initGG2 = new InitTask();        initGG2.setName("火哥哥");         initMM2.start();        initGG2.start();     }

执行结果如下：

开始闯关：关卡一

冰妹妹到达终点

火哥哥到达终点

开始加载下一关资源

恭喜火哥哥闯关成功

恭喜冰妹妹闯关成功

开始闯关：关卡二

冰妹妹到达终点

火哥哥到达终点

开始加载下一关资源

恭喜火哥哥闯关成功

恭喜冰妹妹闯关成功

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 区别

1、CountDownLatch 是依赖其他线程完成了某些操作来控制，而CliclicBarrier是有线程本身控制。 仔细想想CountDownLatch是等待其他五个初始化线程全部完成之后，主线程和业务现场才开始继续执行，是不是依赖其他线程控制。再想想冰妹妹和火哥哥，是必须要冰妹妹和火哥哥亲自完成到达屏障，屏障才会打开。

2、CountDownLatch每执行countDown()方法，计数器 - 1，而 CyclicBarrier 调用await()方法，计数器 + 1

3、CountDownLatch只可以使用一次，而CyclicBarrier可以重复使用。

4、CyclicBarrier还有一个很高级的构造函数，可以指定一个线程先进行操作。

4、Semaphore 信号量

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，来保证特定资源能够被合理使用。

Semaphore可以用于做流量控制，比如数据库连接，假设数据库同时连接的数量只能有5个，首先进来了5个线程拿到了许可证可以获得数据库连接，后进来的线程只能等待前面线程释放了，才可以拿到连接。

来看看Semaphore的构造函数：

 public Semaphore(int permits) {        sync = new NonfairSync(permits);    }

 public Semaphore(int permits, boolean fair) {        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);    }

permits参数表示可用的许可证数量，比如Semaphore(5) 就表示运行5个线程能够同时获得资源。

fair 是控制是否公平锁，默认是非公平，传true则是公平锁。

大概解释下什么是公平和非公平，比如早餐排队买包子，大家都老老实实排队购买，这就是公平的。 这个时候来了个抠脚大汉，直接插入到队伍前面去买包子去了，这个时候就是不公平的体现了。

Semaphore 使用也很简单，通过Semaphore的acquire()方法拿到一个许可证，使用完成之后调用release()方法，来释放许可证。

public class SemaphoreTest {     private static Semaphore semaphore = new Semaphore(5);     // 业务线程    static class BusinessTask extends Thread {        @Override        public void run() {            try {                // 拿获取资格，拿不到就等着                semaphore.acquire();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            try {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到数据库连接");                // 随机睡眠                Thread.sleep(new Random().nextInt(2000));            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            // 释放资源            semaphore.release();        }    }     public static void main(String[] args) {        // 启动10个线程来获取资源        for (int i = 0; i < 10; i++) {            BusinessTask task = new BusinessTask();            task.start();        }    } }

运行的结果，并不是10个线程一开始就能获取到资源，而是先前5个获取到，后五个等待资源被释放了，才进行获取。

Semaphore还提供了一些其他方法：

availablePermits() ：返回此Semaphore对象中当前可用的许可数。

getQueueLength()：返回正等待获取许可证的线程数。

hasQueuedThreads()： 是否有线程正在等待获取许可证。

等等.........

5、Exchanger 交换

用于线程之间协作的工具类，它提供了一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。

这里注意只能是两个线程，当其中一个线程执行了exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行到exchange()方法的时候，两个线程就可以交换数据。

public class ExchangeTest {     private static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();     static class TaskA implements Runnable {        @Override        public void run() {            String str = "我是线程A";            try {                System.out.println("TaskA --- 原始值 = " + str);                String exchange = exchanger.exchange(str);                System.out.println("TaskA --- 交换后的值 = " + exchange);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }     static class TaskB implements Runnable {        @Override        public void run() {            String str = "我是线程B";            try {                System.out.println("TaskB --- 原始值 = " + str);                String exchange = exchanger.exchange(str);                System.out.println("TaskB --- 交换后的值 = " + exchange);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }     public static void main(String[] args) {        Thread thread = new Thread(new TaskA());        thread.start();         Thread thread1 = new Thread(new TaskB());        thread1.start();    }}

执行结果如下：

TaskA --- 原始值 = 我是线程A

TaskB --- 原始值 = 我是线程B

TaskB --- 交换后的值 = 我是线程A

TaskA --- 交换后的值 = 我是线程B

可见，TaskA的值交换后，变成了 “我是线程B”，TaskB也是如此。

如果两个线程有一个没有执行到exchange()方法，则会一直等待，但是又不想等太长时间。可以使用

public V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)方法，来设置最大的等待时长。

6、本章总结

本章介绍了JDK中提供的几个并发工具类，了解这四种工具类，如果遇到合适的业务场景可以不妨试试这些。

作者：IT贱男

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