Java并发（8）：CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Callable、Future
CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Callable、Future 都位于java.util.concurrent包下，其中CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore属于该包中的tools分支，Callable和Future属于该包中的executer分支。
一.CountDownLatch
CountDownLatch类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。
CountDownLatch类只提供了一个构造器：
1 public CountDownLatch(int count) { }; //参数count为计数值
然后下面这3个方法是CountDownLatch类中最重要的方法：
1 public void await() throws InterruptedException { }; //调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行 2 public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //和await()类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的话就会继续执行 3 public void countDown() { }; //将count值减1
例子：假如有Thread1、Thread2、Thread3、Thread4四条线程分别统计C、D、E、F四个磁盘的大小，所有线程都统计完毕交给Thread5线程去做汇总，实现代码如下：
1 public class Main { 2 private static CountDownLatch count = new CountDownLatch(4); 3 private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(6); 4 public static void main(String args[]) throws InterruptedException { 5 for (int i = 0; i < 4; i++) { 6 int finalI = i; 7 service.execute(() -> { 8 // 模拟任务耗时 9 try { 10 int timer = new Random().nextInt(5); 11 TimeUnit.SECONDS.sleep(timer); 12 System.out.printf("%s时完成磁盘%d的统计任务,耗费%d秒. ", new Date().toString(), finalI, timer); 13 // 任务完成之后,计数器减一 14 count.countDown(); 15 } catch (InterruptedException e) { 16 e.printStackTrace(); 17 } 18 }); 19 } 20 // 下面语句由主线程调用，故主线程一直被阻塞，直到count的计数器被设置为0 21 count.await(); 22 System.out.printf("%s时全部任务都完成,执行合并计算. ", new Date().toString()); 23 service.shutdown(); 24 } 25 }
运行结果为：
Fri Aug 19 08:59:44 CST 2016时完成磁盘1的统计任务,耗费0秒. Fri Aug 19 08:59:45 CST 2016时完成磁盘2的统计任务,耗费1秒. Fri Aug 19 08:59:48 CST 2016时完成磁盘0的统计任务,耗费4秒. Fri Aug 19 08:59:48 CST 2016时完成磁盘3的统计任务,耗费4秒. Fri Aug 19 08:59:48 CST 2016时全部任务都完成,执行合并计算.
当问题已经分解为许多部分，每个线程都被分配一部分计算时，CountdownLatch 非常有用。在工作线程结束时，它们将减少计数，协调线程可以在闩锁处等待当前这一批计算结束，然后继续移至下一批计算。
相反地，具有计数 1 的 CountdownLatch 类可以用作"启动大门"，来立即启动一组线程；工作线程可以在闩锁处等待，协调线程减少计数，从而立即释放所有工作线程。下例使用两个 CountdownLatche。一个作为启动大门，一个在所有工作线程结束时释放线程。
二.CyclicBarrier用法
字面意思回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：
1 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { 2 3 } 4 5 public CyclicBarrier(int parties) { 6 7 }
参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。
然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：
1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { }; 2 public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };
第一个版本比较常用，用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务；
第二个版本是让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。
例子：假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，实现代码如下：
1 public class Test { 2 public static void main(String[] args) { 3 int N = 4; 4 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(N); 5 for(int i=0;i<N;i++) 6 new Writer(barrier).start(); 7 } 8 static class Writer extends Thread{ 9 private CyclicBarrier cyclicBarrier; 10 public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) { 11 this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; 12 } 13 14 @Override 15 public void run() { 16 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据..."); 17 try { 18 Thread.sleep(5000); //以睡眠来模拟写入数据操作 19 System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕"); 20 cyclicBarrier.await(); 21 } catch (InterruptedException e) { 22 e.printStackTrace(); 23 }catch(BrokenBarrierException e){ 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务..."); 27 } 28 } 29 }
执行结果：
线程Thread-0正在写入数据... 线程Thread-3正在写入数据... 线程Thread-2正在写入数据... 线程Thread-1正在写入数据... 线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务... 所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。更多的其他相关例子详见http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920397.html
CountdownLatch 类与 CyclicBarrier 相似，因为它的角色是对已经在它们中间分摊了问题的一组线程进行协调。它也是使用整型变量构造的，指明计数的初始值，但是与 CyclicBarrier 不同的是，CountdownLatch 不能重新使用。其中，CyclicBarrier 是到达屏障的所有线程的大门，只有当所有线程都已经到达屏障或屏障被打破时，才允许这些线程通过，CountdownLatch 将到达和等待功能分离。任何线程都可以通过调用 countDown() 减少当前计数，这种不会阻塞线程，而只是减少计数。await() 方法的行为与 CyclicBarrier.await() 稍微有所不同，调用 await() 任何线程都会被阻塞，直到闩锁计数减少为零，在该点等待的所有线程才被释放，对 await() 的后续调用将立即返回。
CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。
三. Semaphore
Semaphore翻译成字面意思为 信号量，Semaphore可以控同时访问的线程个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。
Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：
1 public Semaphore(int permits) { //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问 2 3 sync = new NonfairSync(permits); 4 5 } 6 7 public Semaphore(int permits, boolean fair) { //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可 8 9 sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); 10 11 }
下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：
1 public void acquire() throws InterruptedException { } //获取一个许可 2 3 public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可 4 5 public void release() { } //释放一个许可 6 7 public void release(int permits) { } //释放permits个许可
acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。这4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法：
1 public boolean tryAcquire() { }; //尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false 2 3 public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false 4 5 public boolean tryAcquire(int permits) { }; //尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false 6 7 public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false
另外，还可以通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。
下面通过一个例子来看一下Semaphore的具体使用：
假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：
1 public class Test { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 int N = 8; //工人数 5 Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目 6 for(int i=0;i<N;i++) 7 new Worker(i,semaphore).start(); 8 } 9 10 static class Worker extends Thread{ 11 12 private int num; 13 private Semaphore semaphore; 14 public Worker(int num,Semaphore semaphore){ 15 this.num = num; 16 this.semaphore = semaphore; 17 18 } 19 20 @Override 21 public void run() { 22 try { 23 24 semaphore.acquire(); 25 System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产..."); 26 Thread.sleep(2000); 27 System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器"); 28 semaphore.release(); 29 30 } catch (InterruptedException e) { 31 e.printStackTrace(); 32 } 33 } 34 } 35 }
执行结果：
1 工人0占用一个机器在生产... 2 工人1占用一个机器在生产... 3 工人2占用一个机器在生产... 4 工人4占用一个机器在生产... 5 工人5占用一个机器在生产... 6 工人0释放出机器 7 工人2释放出机器 8 工人3占用一个机器在生产... 9 工人7占用一个机器在生产... 10 工人4释放出机器 11 工人5释放出机器 12 工人1释放出机器 13 工人6占用一个机器在生产... 14 工人3释放出机器 15 工人7释放出机器 16 工人6释放出机器