CountDownLatch和CyclicBarrier的区别和应用场景

一、前言

在JDK的并发包里提供了几个非常有用的并发工具类。如线程等待的CountDownLatch和CyclicBarrier。

二、CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再执行后续的代码。

2.1 应用场景

1个线程等多个线程：当程序需要从3个接口获取数据的时候，可以同时开3个线程去获取数据，等数据都获取到了，主线程再进行下一步操作。
1个线程等多个线程：解析Excel的多个shell页，可以开多个线程去读取。
多个线程等待：如秒杀场景同时让一组数据同时等待，同时恢复。

2.2 解析Excel的Shell页代码

2.2.1 主要的方法

countDown(): 将CountDownLatch对象内部维护的state变量减1。

wait() ：等待CountDownLatch对象内部维护的state变量减为0之后再往下执行代码。

public void getShellData(){
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 10, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5));
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
        List<ShellData> shellDataList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int finalI = i;
            threadPoolExecutor.execute(()->{
                shellDataList.add(getShellData(finalI));
                latch.countDown();
            });
        }
        latch.wait();
        // 5个shell页的数据都获取完了，再对汇总后的数据进行处理
        doOtherByShellDataList(shellDataList);
    }

2.3 死锁问题

如果线程池中线程的数量较少，在高并发时会出现多个请求占用了全部的线程，但是每个请求又需要await其他线程，被等待的线程拿不到线程资源无法执行，导致多个请求同时进入线程阻塞，最后形成死锁。

2.3.1 解决方式

使用自定义线程池，请求队列控制数量，等待加上超时时间，使用拒绝策略。

三、同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让所有的线程都到达屏障（同步点）的时候，屏障才会打开，所有的线程才会往下执行。

3.1 应用场景

玩排位的时候，会等待10个游戏玩家都准备好了之后才会开始游戏。
朋友聚会的时候，会等待所有人都到齐了才会开始吃饭。
闯关游戏，所有玩家都完成当前关卡后再一起去下一关。

3.2 排位代码

3.2.1 主要的方法

await() ：将当前线程阻塞，等到所有的线程都到达屏障后一起执行。

reset() ：将屏障重置为初始状态之后就可以复用。

isBroken() : 方法检测Barrier是否被破坏。

public static void main(String[] args) throws BrokenBarrierException, InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 10, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5));
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            threadPoolExecutor.execute(()->{
                try {
                    Thread.sleep(Math.round(1000));
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 玩家准备完成。");
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        barrier.await();
        System.out.println("玩家全部准备完成！开始游戏。");
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }


pool-1-thread-3: 玩家准备完成。
pool-1-thread-1: 玩家准备完成。
pool-1-thread-2: 玩家准备完成。
pool-1-thread-4: 玩家准备完成。
pool-1-thread-5: 玩家准备完成。
玩家全部准备完成！开始游戏。

四、二者的区别

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，强调循环。
CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景，比如计算发生错误，可以结束阻塞，重置计数器，重新执行程序。
CyclicBarrier还提供getNumberWaiting(可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量)、isBroken(用来知道阻塞的线程是否被中断)等方法。
CountDownLatch会阻塞主线程，CyclicBarrier不会阻塞主线程，只会阻塞子线程。