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技术 2022年11月15日
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在jdk的并发包里提供了几个非常有用的并发工具类。CountDownLatdch、CyclicBarrier和Semaphore工具类提供了一种并发流程控制的手段,Exchanger工具类则提供了在线程间交互数据的一种手段。

  一、等待多线程完成的CountDownLatch

    CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作

    假如有这样一个需求:我们需要解析一个Excel里面多个Sheet的数据,此时可以考虑使用多线程,每个线程解析一个Sheet里的数据,等到所有的Sheet都解析完成之后,程序需要提示解析完成。在这个需求中,要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作,最简单的做法是使用join()方法,

  

  join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现远离是不停检查join线程是否存活,如果join线程存活则让当前永远等待。其中,wait(0)

  CountDownLatch的构造函数接收了int类型的参数作为计数器,如果你想等待N个点完成,这里就需要传入N

  当我们调用CountDownLatch的countDown方法时,N就会减1,CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程,直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方,所以这里所说的N个点,可以是N个线程,也可以是1个线程里面的N个执行步骤。用在多个线程时,只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。

  如果有某个解析Sheet的线程处理得比较慢,我们不肯能让主线程一直等待。所以可以使用另外一个带指定时间的await方法 —–await(long time,TimeUnit unit),这个方法等待特定时间后,就不会在阻塞当前线程。join也有类似的方法

  

  二、同步屏障  CyclicBarrier

  CyclicBarrier的字面意思是可循环使用,它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫做同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所以被屏障拦截的线程才会继续运行

  1、CyclicBarrier简介

    CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我们已经到达屏障,然后当前线程被阻塞

  

  2、CyclicBarrier的应用场景

  CyclicBarrier可以用于多线程技术数据,最后合并计算结果的场景。例如,用一个Excel保存用户的所有银行流水,先用多线程处理每个sheet里的银行流水,都执行完成之后,得到每个sheet的日均银行流水,最后,再用barrierAction用这些线程的计算结果,计算出整个Excel的日均银行流水

3、CyclicBarrier和CountDownLatch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。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如,如果计算发生错误,可以重置计数器,并让现场重新执行一次。

  CyclicBarrier还提供了其他有用的方法,比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken(()方法用来解阻塞线程是否被中断。代码执行完成之后返回true

4、控制并发线程数的Semaphore

  Semaphore(信号量)是用来控制同时访问特定资源的线程数量,它通过协调各个线程,以保证合理的使用公共资源。

  多年以来,我都觉得从字面意思上很难理解Semaphore所表达的意思,只能把它比作是控制流量的红绿灯。比如XX马路要限制流量,只允许同时有一百两车在这条路上行驶,其他的都必须在路口等待,所以前一百两车都会看到绿灯,可以开进这条马路,后面的车都会看到红灯,不能驶入XX马路,但是如果前一百两种有5两车已经离开XX马路,那么后面就允许有5两车驶入该马路,这个例子李说的就是线程,驶入马路就是表现线程执行,离开马路表示线程执行完成,看见红灯就表示线程被阻塞,不能执行。

  一、应用场景

  Semaphore可以用于做流量控制,特别是公共资源有限的应用场景,比如数据库连接。假如有一个需求,要读取几万个文件的数据,因为都是IO密集型任务,我们可以启动几十个线程并发的去读取,但是如果读到内存后,还需要存储到数据库中,而数据库的连接数只有10个,这个时候我们需要控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据,否则会报错无法获取数据库连接。这个时候,就可以使用Semaphore来做流量控制

在代码中,虽然有30个进程在执行,但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法semaphore(int permites)接受一个整型的数字,表示可用的许可数量。Semaphore(10)表示允许10个线程获取许可证,也就是最大并发数是10.Semaphore的用法也很简单,首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证,使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

2其他方法

  Semaphore()还提供一下其他方法。具体如下

  intavaliablePermits():返回此信号量中当前可用的许可证数

  intgetQueueLength():返回正在等待获取许可证的线程数

  booleanhasQueueThreads();是否有线程正在等待获取许可证

  void redusPermits(int reduction)减少reduction个许可证,是个protected方法

  Collection  getQueuedThreads();返回所有等待获取许可证的线程集合,是个protected方法

  3、线程间交换数据的Exchanger

    Exchanger(交换作)是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点,在这个同步点,两个线程可以交换彼此数据。这两个线程通过exchanger()方法交换数据,如果第一个线程先执行exchanger()方法,它会一直等待第二个线程也执行exchanger方法,当两个线程都到达同步点时,这两个线程就可以交换数据,将本线程产生出来的数据传递给对方。

  下面来看一个Exchanger的应用场景

  Exchanger可以用于遗传算法,遗传算法里需要选出两个人作为交配对象,这时候会交换两人的数据,并使用交叉规则得出两个交配结果。Exchanger也可以用于校对工作,比如我们需要将纸质银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水,为了避免错误,采用AB岗,两人进行录入,录入到Excel之后,系统需要加载这两个Excel,并对两个Excel数据进行校对。。看看是否录入一致,

  

  如果两个线程有一个没有执行exchange方法,则会一直等待,如果担心有特殊情况发生,避免一直等待,可以使用exchange(V x,longtimeout,TimeUnit unit) 设置最大等待时长

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