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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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