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CyclicBarrier CountDownLatch

news 来源：原创 2024/9/23 5:21:27

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的两个常用同步工具，它们用于协调多个线程的执行。然而，它们在设计和使用方式上有着显著的区别，特别是在可重复使用方面。

1. CyclicBarrier 是可重复使用的

CyclicBarrier 是一个循环的屏障（cyclic），其主要功能是让一组线程到达某个屏障点后再同时继续执行。当所有线程都到达屏障时，它会自动重置并进入下一轮等待，这就是它“可重复使用”的特性。它的重用性源于每次线程到达屏障后，会自动重置计数器，并允许再次使用。

特点：
- 复用性：一旦所有线程都到达屏障并通过，屏障自动重置，允许这些线程或其他线程再次使用该屏障进行同步。这意味着 CyclicBarrier 可以在多个循环或阶段中重复使用。
- 栅栏动作：CyclicBarrier 还允许在线程到达屏障时执行一个栅栏动作（可选），该动作可以是某个特定的任务，如日志记录、数据汇总等。

示例：

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3); // 3个线程需要到达屏障Runnable task = () -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 到达屏障");barrier.await();  // 等待其他线程到达屏障System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 通过屏障");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
};for (int i = 0; i < 3; i++) {new Thread(task).start();
}// CyclicBarrier 可以重复使用，允许继续同步新的线程到达屏障
// 运行结果
Thread-2 到达屏障
Thread-1 到达屏障
Thread-0 到达屏障
Thread-1 通过屏障
Thread-2 通过屏障
Thread-0 通过屏障

这里，当所有 3 个线程都到达 barrier.await() 时，屏障将被释放，线程继续执行。在下一轮中，这些线程可以再次使用同一个 CyclicBarrier。

2. CountDownLatch 是一次性的

CountDownLatch 是一个倒计时锁存器，它用于让一个或多个线程等待，直到其他线程完成某个操作。当计数器到达 0 时，所有等待的线程被释放，之后 CountDownLatch 就无法再次使用了。

特点：
- 一次性使用：CountDownLatch 是一次性的。一旦计数器从初始值倒数到 0，锁存器不能重置，也不能重新计数。如果需要再次使用，只能创建一个新的 CountDownLatch 实例。
- 没有栅栏动作：CountDownLatch 不像 CyclicBarrier 那样有一个统一的屏障动作，它只是一个简单的计数器，控制多个线程的同步。

示例：

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 初始计数为 3Runnable task = () -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成任务");latch.countDown(); // 每个线程完成任务后调用 countDown()
};for (int i = 0; i < 3; i++) {new Thread(task).start();
}try {latch.await();  // 等待计数器变为 0System.out.println("所有任务完成，继续执行主线程");
} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
}// 运行结果：
Thread-2 完成任务
Thread-1 完成任务
Thread-0 完成任务
所有任务完成，继续执行主线程

在这个例子中，CountDownLatch 初始计数为 3，表示需要 3 个线程完成任务。当计数器变为 0 时，主线程继续执行。然而，CountDownLatch 在计数变为 0 后无法重置，不能再次使用。

3. 为什么 `CyclicBarrier` 可重复使用，而 `CountDownLatch` 是一次性的？

设计目的：
- CyclicBarrier：设计的目的是在循环或阶段性任务中使用，它允许同一批线程在不同的阶段都同步等待，完成一轮后可以自动重置并继续下一轮，因此它是循环使用的工具。
- CountDownLatch：设计目的是让某个线程等待一组操作完成后继续执行，常用于一次性事件（如系统初始化、任务完成的信号）。它的计数一旦减为 0，表示操作已经完成，之后不能重新计数，因此是一次性的工具。
实现机制：
- CyclicBarrier：每当线程到达屏障并通过时，屏障自动重置，允许再次使用。其内部维护一个计数器和栅栏代（generation）来实现多次复用。
- CountDownLatch：计数器一旦减到 0，锁存器就完成任务，无法重置，除非重新创建一个新的实例。

4. 使用场景的差异

CyclicBarrier 使用场景：
- 多线程分阶段处理任务时，每个阶段都需要所有线程在某个点上同步。例如，在一个并行算法中，多个线程需要在每个阶段结束时进行同步。
CountDownLatch 使用场景：
- 在某些初始化操作中，主线程需要等待其他线程完成后继续执行。例如，一个主线程等待几个工作线程完成任务，然后才继续执行。