一 . 前言
趁着有空 , 赶紧把之前欠的债还上 . 这是多线程一阶段计划的最后一篇 , 后续多线程会转入修订和深入阶段 . 彻底吃透多线程.
二. 工具介绍
之前说 AQS 的时候曾经提到过这几个类 , 这几个类有一些各自的特点 , 很符合特定的场景 , 之前在生产上用的还挺舒服.
我们一般使用的并发工具有四种 :
CyclicBarrier : 放学一起走
允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)
让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活
CountDownLatch : 等人到齐了就触发
在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待
用给定的计数 初始化 CountDownLatch。
由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。
之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。
CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，当我们在new 一个CountDownLatch对象的时候需要带入该计数器值，该值就表示了线程的数量。
每当一个线程完成自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器的值变为0时，就表示所有的线程均已经完成了任务
Semaphore
信号量Semaphore是一个控制访问多个共享资源的计数器，和CountDownLatch一样，其本质上是一个“共享锁”。
Exchanger
可以在对中对元素进行配对和交换的线程的同步点
每个线程将条目上的某个方法呈现给 exchange 方法，与伙伴线程进行匹配，并且在返回时接收其伙伴的对象 , Exchanger 可能被视为 SynchronousQueue 的双向形式
三 .原理解析
3 .1 CyclicBarrier
作用 :
它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点(Common Barrier Point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 Barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环( Cyclic ) 的 屏障( Barrier )。
内部原理 :
内部使用重入锁ReentrantLock 和 Condition
构造函数 :
CyclicBarrier(int parties)：
创建一个新的 CyclicBarrier，它将在给定数量的参与者（线程）处于等待状态时启动，
但它不会在启动 barrier 时执行预定义的操作。
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)：
创建一个新的 CyclicBarrier，它将在给定数量的参与者（线程）处于等待状态时启动，
并在启动 barrier 时执行给定的屏障操作，该操作由最后一个进入 barrier 的线程执行。
使用变量 :
parties变量 : 表示拦截线程的总数量。
count变量 : 表示拦截线程的剩余需要数量。
barrierAction变量 : 为 CyclicBarrier 接收的 Runnable 命令，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，用于处理更加复杂的业务场景。
generation变量 : 表示 CyclicBarrier 的更新换代
//常用方法:M-await:等待状态M-await(longtimeout,TimeUnitunit):等待超时M-dowait-该方法第一步会试着获取锁-如果分代已经损坏，抛出异常-如果线程中断，终止CyclicBarrier-进来线程，--count-count==0表示所有线程均已到位，触发Runnable任务-唤醒所有等待线程，并更新generation>跳出等待状态的方法-最后一个线程到达，即index==0-超出了指定时间（超时等待）-其他的某个线程中断当前线程-其他的某个线程中断另一个等待的线程-其他的某个线程在等待barrier超时-其他的某个线程在此barrier调用reset()方法。reset()方法用于将屏障重置为初始状态。SC-Generation:描述了CyclicBarrier的更新换代。-在CyclicBarrier中，同一批线程属于同一代。-当有parties个线程全部到达barrier时，generation就会被更新换代。-其中broken属性，标识该当前CyclicBarrier是否已经处于中断状态M-breakBarrier:终止所有的线程M-nextGeneration:更新换代操作-1.唤醒所有线程。-2.重置count。-3.重置generation。M-reset:重置barrier到初始化状态M-getNumberWaiting:获得等待的线程数M-判断CyclicBarrier是否处于中断
使用案例 :
Gitee CyclicBarrier 使用
问题补充 :
//问题一:拦截的核心1.传入总得Count数2.每次进来都会--count,同时判断count==03.如果不为0,当前线程就会阻塞//问题二:涉及源码privatefinalReentrantLocklock=newReentrantLock();privatefinalConditiontrip=lock.newCondition();
3.2 CountDownLatch
在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待
用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次, 计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。
CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，当我们在new 一个CountDownLatch对象的时候需要带入该计数器值，该值就表示了线程的数量。每当一个线程完成自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器的值变为0时，就表示所有的线程均已经完成了任务
//内部主要方法>CountDownLatch内部依赖Sync实现，而Sync继承AQS>sync::tryAcquireShared获取同步状态:tryReleaseShared释放同步状态>await():使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断:sync.acquireSharedInterruptibly(1);:内部使用AQS的acquireSharedInterruptibly(intarg)>getState():获取同步状态，其值等于计数器的值:从这里我们可以看到如果计数器值不等于0，则会调用doAcquireSharedInterruptibly(intarg)>doAcquireSharedInterruptibly:自旋方法会尝试一直去获取同步状态>countDown:CountDownLatch提供countDown()方法递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程:内部调用AQS的releaseShared(intarg)方法来释放共享锁同步状态:tryReleaseShared(intarg)方法被CountDownLatch的内部类Sync重写
参考案例
Gitee CountDownLatch 使用
总结
CountDownLatch 内部通过共享锁实现。在创建CountDownLatch实例时，需要传递一个int型的参数：count，该参数为计数器的初始值，也可以理解为该共享锁可以获取的总次数。
当某个线程调用await()方法，程序首先判断count的值是否为0，如果不会0的话则会一直等待直到为0为止 (PS : 可以多个线程都调用 await)
当其他线程调用countDown()方法时，则执行释放共享锁状态，使count值 – 1 (PS :countDown 并不会阻塞)
当在创建CountDownLatch时初始化的count参数，必须要有count线程调用countDown方法才会使计数器count等于0，锁才会释放，前面等待的线程才会继续运行。注意CountDownLatch不能回滚重置
3 .3 Semaphore
基础点
信号量Semaphore是一个控制访问多个共享资源的计数器，和CountDownLatch一样，其本质上是一个“共享锁”。
从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。
Semaphore 通常用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目
当一个线程想要访问某个共享资源时，它必须要先获取Semaphore，当Semaphore >0时，获取该资源并使Semaphore – 1。如果Semaphore值 = 0，则表示全部的共享资源已经被其他线程全部占用，线程必须要等待其他线程释放资源。当线程释放资源时，Semaphore则+1
实现细节
Semaphore提供了两个构造函数：
Semaphore(int permits) ：创建具有给定的许可数和非公平的公平设置的 Semaphore。
Semaphore(int permits, boolean fair) ：创建具有给定的许可数和给定的公平设置的 Semaphore。
Semaphore默认选择非公平锁。
当信号量Semaphore = 1 时，它可以当作互斥锁使用。其中0、1就相当于它的状态，当=1时表示其他线程可以获取，当=0时，排他，即其他线程必须要等待。
//------信号量获取>acquire()方法来获取一个许可:内部调用AQS的acquireSharedInterruptibly(intarg)，该方法以共享模式获取同步状态>公平:判断该线程是否位于CLH队列的列头:获取当前的信号量许可:设置“获得acquires个信号量许可之后，剩余的信号量许可数”:CAS设置信号量>非公平:不需要判断当前线程是否位于CLH同步队列列头
3 .4 Exchanger
可以在对中对元素进行配对和交换的线程的同步点
每个线程将条目上的某个方法呈现给 exchange 方法，与伙伴线程进行匹配，并且在返回时接收其伙伴的对象 , Exchanger 可能被视为 SynchronousQueue 的双向形式
Exchanger，它允许在并发任务之间交换数据 : 当两个线程都到达同步点时，他们交换数据结构，因此第一个线程的数据结构进入到第二个线程中，第二个线程的数据结构进入到第一个线程中
TODO : Exchanger 的源代码比较绕 ,而且这个组件使用场景并不多 , 所以先留个坑 , 以后项目上真的有场景了再实际上分析一下
3.5 并发工具使用
@ github.com/black-ant/case/tree/master/case%20Module%20Thread/case%20thread_utils
补充 :
# CountDownLatch 和 CyclicBarrier 如何理解 ?
CyclicBarrier : 小学生去郊游 , 老师下车时统计人数 ,人数到齐了才能一起参观
CountDownLatch : 幼儿园老师送孩子(ChildThread)放学 , 走一个记一个数 ,当所有的学生放学后 , 老师(BossThread)下班
//核心解释:CyclicBarrier就是一堵墙,人数到了所有线程才能一起越过墙CountDownLatch只是一个计数器,数目到了主线程才能执行//其他要点:CyclicBarrier可以重置计数,CountDownLatch不可以
总结
终于补上了最后一块板 , 后面来真正的深入多线程看看吧 , 争取早日成为多线程大师段位
更新记录
20210915 : 优化布局
作者：AntBlack