欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

并发工具

程序员文章站 2022-07-23 08:34:08
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 ......

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。