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闭锁和栅栏的区分以及适用场景 开篇

开篇

相信小伙伴对这个两个词或多或少都有些了解,他们是在并发编程中常用的线程通讯工具。两者十分相似,但是又有不同,导致很多小伙伴也包括我在内产生了很多困惑:他们两个究竟有什么区别,以及适用于什么场景呢?
下面听我缓缓道来,不想看例子或者过程的小伙伴可以拉到最下面看总结呦

闭锁

闭锁(CountDownLatch)坊间俗称计数器,官方(谷歌机翻,哈哈)解释:

/**
 * A synchronization aid that allows one or more threads to wait until
 * a set of operations being performed in other threads completes.
 */

允许一个或多个线程等待,直到在其他线程中执行的一组操作完成的同步辅助程序。

大概意思就是说,可以有一个或者多个线程,等待其他线程都完成某个操作后,再继续执行。
什么意思呢?举个栗子吧:
生活中应该经常遇见一种情况,坐公交车是,尤其是始发站,司机师傅往往为了一次拉更多的乘客,会等到车上乘客的数量到达一定程度以后才会发车。测试代码如下:

public static void main(String[] args) {
        List<Passenger> list = new ArrayList<>();
        Passenger p1 = new Passenger("看会书");
        Passenger p2 = new Passenger("看会手机");
        Passenger p3 = new Passenger("看会风景");
        Passenger p4 = new Passenger("看会售票员");
        list.add(p1);
        list.add(p2);
        list.add(p3);
        list.add(p4);
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(20, 200, 1000, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(3), new ThreadFactory() {
            private ThreadGroup group = (null == System.getSecurityManager() ? Thread.currentThread().getThreadGroup() : System.getSecurityManager().getThreadGroup());
            private AtomicInteger num = new AtomicInteger();
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                Thread thread = new Thread(group, r,"zoo" + num.getAndIncrement(),0);
                thread.setDaemon(false);
                return thread;
            }
        }, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        //设定闭锁释放阈值
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(list.size());
        log.error("司机师傅人够一车再发车,等会人吧...");
        for (Passenger p : list) {
            executor.execute(()->gotoZOO(p,countDownLatch));
        }
        try {
            countDownLatch.await();
            log.error("人够了,起飞!");
            executor.shutdown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private static void  gotoZOO(Passenger p,CountDownLatch countDownLatch){
        log.error("{}的乘客上车啦",p.getDoWhat());
        try {
            countDownLatch.countDown();
            log.error("{}",p.doWhatOnBus());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class Passenger{
        private String doWhat;

        public Passenger(String doWhat) {
            this.doWhat = doWhat;
        }

        public String getDoWhat() {
            return doWhat;
        }

        public String doWhatOnBus() {
            return "车上好无聊啊,"+doWhat+"吧!";
        }
    }

执行结果

23:46:34.698 [main] ERROR com.test - 司机师傅人够一车再发车,等会人吧...
23:46:34.757 [zoo1] ERROR com.test - 看会手机的乘客上车啦
23:46:34.758 [zoo3] ERROR com.test - 看会售票员的乘客上车啦
23:46:34.757 [zoo0] ERROR com.test - 看会书的乘客上车啦
23:46:34.759 [zoo1] ERROR com.test - 车上好无聊啊,看会手机吧!
23:46:34.759 [zoo3] ERROR com.test - 车上好无聊啊,看会售票员吧!
23:46:34.757 [zoo2] ERROR com.test - 看会风景的乘客上车啦
23:46:34.759 [zoo0] ERROR com.test - 车上好无聊啊,看会书吧!
23:46:34.759 [zoo2] ERROR com.test - 车上好无聊啊,看会风景吧!
23:46:34.759 [main] ERROR com.test - 人够了,起飞!

司机师傅(主线程)要等上了4个乘客以后才发车(等待4个子线程完成完成某件事以后调用countDown方法),而乘客上车(调用countDown)以后该做自己的事还做自己的事情,不会因为上了车就傻呆呆的什么都不干了(不会因为调用了countDown而阻塞自身)。等司机师傅看人够了(到达设定阈值),就发车了。

闭锁总结:
主线程调用await后会阻塞等待其他子线程调用countDown方法将设定阈值减至0,然后在继续执行。
而子线程不会因为调用了countDown方法而阻塞

栅栏

栅栏(CyclicBarrier)官方解释:

/**
 * A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for
 * each other to reach a common barrier point.  CyclicBarriers are
 * useful in programs involving a fixed sized party of threads that
 * must occasionally wait for each other. The barrier is called
 * <em>cyclic</em> because it can be re-used after the waiting threads
 * are released.
 */
同步帮助,允许一组线程互相等待,以达到共同的障碍点。 CyclicBarriers在涉及固定大小的线程方的程序中很有用,这些线程有时必须互相等待。该屏障称为<em> cyclic </ em>,因为它可以在释放等待线程后重新使用。

从类注释上我们可以大致了解到,他是运用在一组,也即是多个线程中的,当所有线程到达某个状态前一直阻塞,直到所有线程都达到后再继续执行。而且是可以重复使用的。

上面的描述还是太晦涩了,还是举个栗子:
我们小时候学校都组织过春游,规定好地点,等人到齐了就一起进去玩。写了个简单的例子,看这种场景栅栏是怎么工作的

public static void main(String[] args) {
        List<Boy> list = new ArrayList<>();
        Boy boy1 = new Boy("看老虎");
        Boy boy2 = new Boy("看猩猩");
        Boy boy3 = new Boy("看狮子");
        Boy boy4 = new Boy("看售票员");
        list.add(boy1);
        list.add(boy2);
        list.add(boy3);
        list.add(boy4);
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(20, 200, 1000, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(3), new ThreadFactory() {
            private ThreadGroup group = (null == System.getSecurityManager() ? Thread.currentThread().getThreadGroup() : System.getSecurityManager().getThreadGroup());
            private AtomicInteger num = new AtomicInteger();
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                Thread thread = new Thread(group, r,"zoo" + num.getAndIncrement(),0);
                thread.setDaemon(false);
                return thread;
            }
        }, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        //初始化栅栏,设置障碍点阈值
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(list.size());
        for (Boy boy : list) {
            executor.execute(()->gotoZOO(boy,cyclicBarrier));
        }
    }

    private static void  gotoZOO(Boy boy,CyclicBarrier cyclicBarrier){
        log.error("人还没到齐呢,等一下吧,{}的小男孩开始等待",boy.getWhere());
        try {
            cyclicBarrier.await();
            log.error("{}",boy.goWhere());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class Boy{
        private String where;
        public Boy(String where) {
            this.where = where;
        }

        public String getWhere() {
            return where;
        }

        public String goWhere() {
            return "人到齐了,我要去"+where+"啦!";
        }
    }

执行结果:

22:05:59.476 [zoo2] ERROR com.test - 人还没到齐呢,等一下吧,看狮子的小男孩开始等待
22:05:59.477 [zoo1] ERROR com.test - 人还没到齐呢,等一下吧,看猩猩的小男孩开始等待
22:05:59.477 [zoo0] ERROR com.test - 人还没到齐呢,等一下吧,看老虎的小男孩开始等待
22:05:59.476 [zoo3] ERROR com.test - 人还没到齐呢,等一下吧,看售票员的小男孩开始等待
22:05:59.484 [zoo0] ERROR com.test - 人到齐了,我要去看老虎啦!
22:05:59.484 [zoo2] ERROR com.test - 人到齐了,我要去看狮子啦!
22:05:59.484 [zoo3] ERROR com.test - 人到齐了,我要去看售票员啦!
22:05:59.484 [zoo1] ERROR com.test - 人到齐了,我要去看猩猩啦!

我们可以发现前三个小男孩在到达以后都没有进到动物园里,而是直到第四个小男孩来到以后,四个小男孩才进入动物园,在此之前每来一个小朋友就多一个小朋友等待(每个线程调用await方法),直到等待所有人到齐(线程阻塞等待达到栅栏障碍点4),各个小男孩再去继续进入动物园看动物(各线程继续执行自己的任务)。就像是动物园大门的栅栏,买的是团体票,每次必须人到齐才放开让小朋友进去一样。

栅栏总结
各子线程相互等待,直到达到栅栏初始化时的阈值,则继续执行

区分以及个人理解

闭锁:有点类似于一个统计功能(可能这也是为什么他俗称计数器),主线程调用await方法阻塞等待统计结果,而子线程只负责在达到统计要求时调用countDown方法告诉主线程我好了,而不会阻塞本身;有一个负责接收结果(主线程)和一个或多个发送数量的(子线程);
栅栏:首先在线程调用await方法时会阻塞当前线程,其次个人理解他没有类似像闭锁那样的主子的关系,他是各个线程相互等待,都到达某个点的时候,则继续执行。

适用场景

其实从上面的区分就能看出一些:如果是需要将多线程执行完成与否的接口汇总到某一个线程中,然后再继续执行的情况,比如每条线程计算一个指标,都计算完成以后再计算所有指标的总和或者其他的,就可以使用闭锁;
而如果只是各个线程需要等各个线程都完成了,再继续自己的事,可以使用栅栏,比如ABC三个线程分别去获取123三个指标,然后再A要取这三个数的平均数,B要取总和,C要取方差,那就需要等ABC都先取完了123这三个指标,才能计算,这时候就可以用到栅栏了。

总结

这两种都是非常好的线程通讯工具,不过细节还是有所差异。
总得来说就是:

闭锁是为了在某一条线程等待获取到其他线程的执行结果;
而栅栏则是线程间的相互等待,然后再同时开始做各自的事情

最后

文中的代码只是为了比较好的说明两种工具的差异,写的不好还请小伙伴们多多包涵,如果发现有哪点写的不对的也欢迎大家伙们留言,我们共同进步!

https://segmentfault.com/a/1190000022941013

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