終於有人把 CountDownLatch，CyclicBarrier，Semaphore 講明白了！

在 JUC 下包含了一些常用的同步工具類，今天就來詳細介紹一下，CountDownLatch，CyclicBarrier，Semaphore 的使用方法以及它們之間的區別。

一、CountDownLatch

先看一下，CountDownLatch 源碼的官方介紹。

意思是，它是一個同步輔助器，允許一個或多個線程一直等待，直到一組在其他線程執行的操作全部完成。

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

它的構造方法，會傳入一個 count 值，用於計數。

常用的方法有兩個：

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

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

當一個線程調用await方法時，就會阻塞當前線程。每當有線程調用一次 countDown 方法時，計數就會減 1。當 count 的值等於 0 的時候，被阻塞的線程纔會繼續運行。

現在設想一個場景，公司項目，線上出現了一個緊急 bug，被客戶投訴，領導焦急的過來，想找人迅速的解決這個 bug 。

那麼，一個人解決肯定速度慢啊，於是叫來張三和李四，一起分工解決。終於，當他們兩個都做完了自己所需要做的任務之後，領導纔可以答覆客戶，客戶也就消氣了（沒辦法啊，客戶是上帝嘛）。

於是，我們可以設計一個 Worker 類來模擬單個人修復 bug 的過程，主線程就是領導，一直等待所有 Worker 任務執行結束，主線程纔可以繼續往下走。

public class CountDownTest {
    static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
        Worker w1 = new Worker("張三", 2000, latch);
        Worker w2 = new Worker("李四", 3000, latch);
        w1.start();
        w2.start();

        long startTime = System.currentTimeMillis();
        latch.await();
        System.out.println("bug全部解決，領導可以給客戶交差了，任務總耗時： "+ (System.currentTimeMillis() - startTime));

    }

    static class Worker extends Thread{
        String name;
        int workTime;
        CountDownLatch latch;

        public Worker(String name, int workTime, CountDownLatch latch) {
            this.name = name;
            this.workTime = workTime;
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(name+"開始修復bug，當前時間："+sdf.format(new Date()));
            doWork();
            System.out.println(name+"結束脩復bug，當前時間： "+sdf.format(new Date()));
            latch.countDown();
        }

        private void doWork() {
            try {
                //模擬工作耗時
                Thread.sleep(workTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

本來需要 5 秒完成的任務，兩個人 3 秒就完成了。我只能說，這程序員的工作效率真是太太太高了。

二、CyclicBarrier

barrier 英文是屏障，障礙，柵欄的意思。cyclic是循環的意思，就是說，這個屏障可以循環使用（什麼意思，等下我舉例子就知道了）。源碼官方解釋是：

A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for each other to reach a common barrier point . The barrier is called cyclic because it can be re-used after the waiting threads are released.

一組線程會互相等待，直到所有線程都到達一個同步點。這個就非常有意思了，就像一羣人被困到了一個柵欄前面，只有等最後一個人到達之後，他們纔可以合力把柵欄（屏障）突破。

CyclicBarrier 提供了兩種構造方法:

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

第一個構造的參數，指的是需要幾個線程一起到達，纔可以使所有線程取消等待。第二個構造，額外指定了一個參數，用於在所有線程達到屏障時，優先執行 barrierAction。

現在模擬一個常用的場景，一組運動員比賽 1000 米，只有在所有人都準備完成之後，纔可以一起開跑（額，先忽略裁判吹口哨的細節）。

定義一個 Runner 類代表運動員，其內部維護一個共有的 CyclicBarrier，每個人都有一個準備時間，準備完成之後，會調用 await 方法，等待其他運動員。當所有人準備都 OK 時，就可以開跑了。

public class BarrierTest {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);  //①
        Runner runner1 = new Runner(barrier, "張三");
        Runner runner2 = new Runner(barrier, "李四");
        Runner runner3 = new Runner(barrier, "王五");

        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        service.execute(runner1);
        service.execute(runner2);
        service.execute(runner3);

        service.shutdown();

    }

}


class Runner implements Runnable{

    private CyclicBarrier barrier;
    private String name;

    public Runner(CyclicBarrier barrier, String name) {
        this.barrier = barrier;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            //模擬準備耗時
            Thread.sleep(new Random().nextInt(5000));
            System.out.println(name + ":準備OK");
            barrier.await();
            System.out.println(name +": 開跑");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

可以看到，我們已經實現了需要的功能。但是，有的同學就較真了，說你這不行啊，哪有運動員都準備好之後就開跑的，你還把裁判放在眼裏嗎，裁判不吹口哨，你敢跑一個試試。

好吧，也確實是這樣一個理兒，那麼，我們就實現一下，讓裁判吹完口哨之後，他們再一起開跑吧。

這裏就要用到第二個構造函數了，於是我把代碼 ① 處稍微修改一下。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("等裁判吹口哨...");
            //這裏停頓兩秒更便於觀察線程執行的先後順序
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("裁判吹口哨->>>>>");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
});

執行結果:

張三:準備OK
李四:準備OK
王五:準備OK
等裁判吹口哨...
裁判吹口哨->>>>>
張三: 開跑
李四: 開跑
王五: 開跑

可以看到，雖然三個人都已經準備 OK了，但是，只有裁判吹完口哨之後，他們纔可以開跑。

剛纔，提到了循環利用是怎麼體現的呢。我現在把屏障值改爲 2，然後增加一個“趙六” 一起參與賽跑。被修改的部分如下:

此時觀察，打印結果:

張三:準備OK
李四:準備OK
等裁判吹口哨...
裁判吹口哨->>>>>
李四: 開跑
張三: 開跑
王五:準備OK
趙六:準備OK
等裁判吹口哨...
裁判吹口哨->>>>>
趙六: 開跑
王五: 開跑

發現沒，可以分兩批，第一批先跑兩個人，然後第二批再跑兩個人。也就是屏障的循環使用。

三、Semaphore

Semaphore 信號量，用來控制同一時間，資源可被訪問的線程數量，一般可用於流量的控制。

打個比方，現在有一段公路交通比較擁堵，那怎麼辦呢。此時，就需要警察叔叔出面，限制車的流量。

比如，現在有 20 輛車要通過這個地段，警察叔叔規定同一時間，最多隻能通過 5 輛車，其他車輛只能等待。只有拿到許可的車輛可通過，等車輛通過之後，再歸還許可，然後把它發給等待的車輛，獲得許可的車輛再通行，依次類推。

public class SemaphoreTest {
    private static int count = 20;

    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(count);

        //指定最多隻能有五個線程同時執行
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5);

        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            final int no = i;
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //獲得許可
                        semaphore.acquire();
                        System.out.println(no +":號車可通行");
                        //模擬車輛通行耗時
                        Thread.sleep(random.nextInt(2000));
                        //釋放許可
                        semaphore.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }

        executorService.shutdown();

    }
}

打印結果我就不寫了，需要讀者自行觀察，就會發現，第一批是五個車同時通行。然後，後邊的車纔可以依次通行，但是同時通行的車輛不能超過 5 輛。

細心的讀者，就會發現，這許可一共就發 5 個，那等第一批車輛用完釋放之後，第二批的時候應該發給誰呢？

這確實是一個問題。所有等待的車輛都想先拿到許可，先通行，怎麼辦。這就需要，用到鎖了。就所有人都去搶，誰先搶到，誰就先走唄。

我們去看一下 Semaphore的構造函數，就會發現，可以傳入一個 boolean 值的參數，控制搶鎖是否是公平的。

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

默認是非公平，可以傳入 true 來使用公平鎖。（鎖的機制是通過AQS，現在不細講，等我以後更新哦）

這裏簡單的說一下，什麼是公平非公平吧。

公平的話，就是你車來了，就按照先來後到的順序正常走就行了。不公平的，也許就是，某位司機大哥膀大腰圓，手戴名錶，脖子帶粗金項鍊。別人一看惹不起，我還躲不起嗎，都給這位大哥讓道。你就算車走在人家前面了，你也不敢跟人家搶啊。

最後，那就是他先拿到許可證通行了。剩下的人再去搶，說不定又來一個，是警察叔叔的私交好友。（行吧行吧，其他司機只能一臉的生無可戀，怎麼過個馬路都這麼費勁啊。。。）

總結

CountDownLatch 是一個線程等待其他線程， CyclicBarrier 是多個線程互相等待。
CountDownLatch 的計數是減 1 直到 0，CyclicBarrier 是加 1，直到指定值。
CountDownLatch 是一次性的， CyclicBarrier 可以循環利用。
CyclicBarrier 可以在最後一個線程達到屏障之前，選擇先執行一個操作。
Semaphore ，需要拿到許可才能執行，並可以選擇公平和非公平模式。

終於有人把 CountDownLatch，CyclicBarrier，Semaphore 講明白了！

一、CountDownLatch

二、CyclicBarrier

三、Semaphore

總結

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終於有人把 CountDownLatch，CyclicBarrier，Semaphore 講明白了！

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