Java并發程式設計的藝術(八)——閉鎖、同步屏障、信号量詳解

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1. 閉鎖：CountDownLatch

1.1 使用場景

若有多條線程，其中一條線程需要等到其他所有線程準備完所需的資源後才能運作，這樣的情況可以使用閉鎖。

1.2 代碼實作

// 初始化閉鎖，并設定資源個數
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

Thread t1 = new Thread( new Runnable(){
    public void run(){
        // 加載資源1
        加載資源的代碼……
        // 本資源加載完後，閉鎖-1
        latch.countDown();
    }
} ).start();

Thread t2 = new Thread( new Runnable(){
    public void run(){
        // 加載資源2
        資源加載代碼……
        // 本資源加載完後，閉鎖-1
        latch.countDown();
    }
} ).start();

Thread t3 = new Thread( new Runnable(){
    public void run(){
        // 本線程必須等待所有資源加載完後才能執行
        latch.await();
        // 當閉鎖數量為0時，await傳回，執行接下來的任務
        任務代碼……
    }
} ).start();           

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2. 同步屏障：CyclicBarrier

2.1 使用場景

若有多條線程，他們到達屏障時将會被阻塞，隻有當所有線程都到達屏障時才能打開屏障，所有線程同時執行，若有這樣的需求可以使用同步屏障。此外，當屏障打開的同時還能指定執行的任務。

2.2 閉鎖 與 同步屏障 的差別

• 閉鎖隻會阻塞一條線程，目的是為了讓該條任務線程滿足條件後執行；
• 而同步屏障會阻塞所有線程，目的是為了讓所有線程同時執行（實際上并不會同時執行，而是盡量把線程啟動的時間間隔降為最少）。

2.3 代碼實作

// 建立同步屏障對象，并制定需要等待的線程個數 和 打開屏障時需要執行的任務
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3,new Runnable(){
    public void run(){
        //當所有線程準備完畢後觸發此任務
    }
});

// 啟動三條線程
for( int i=0; i<3; i++ ){
    new Thread( new Runnable(){
        public void run(){
            // 等待，（每執行一次barrier.await，同步屏障數量-1，直到為0時，打開屏障）
            barrier.await();
            // 任務
            任務代碼……
        }
    } ).start();
}           

3. 信号量：Semaphore

3.1 使用場景

若有m個資源，但有n條線程（n>m），是以同一時刻隻能允許m條線程通路資源，此時可以使用Semaphore控制通路該資源的線程數量。

3.2 代碼實作

// 建立信号量對象，并給予3個資源
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

// 開啟10條線程
for ( int i=0; i<10; i++ ) {
    new Thread( new Runnbale(){
        public void run(){
            // 擷取資源，若此時資源被用光，則阻塞，直到有線程歸還資源
            semaphore.acquire();
            // 任務代碼
            ……
            // 釋放資源
            semaphore.release();
        }
    } ).start();
}