Java 中用于线程同步类CountDownLatch和CyclicBarrier的区别

本文主要是介绍Java 中用于线程同步类CountDownLatch和CyclicBarrier的区别，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 都是 Java 中用于线程同步的工具类，它们虽然在某些方面类似，但在用途和工作方式上有着明显的区别。下面我会详细解释这两者的区别：

1. 用途和设计目的

• CountDownLatch：主要用于一个线程等待若干个其他线程完成某些操作后再继续执行。它的计数器只能使用一次，即一旦计数器倒数到零，就无法再被重置。
• CyclicBarrier：主要用于让一组线程到达一个屏障（也称同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障开放，所有被阻塞的线程才会继续运行。与 CountDownLatch 不同的是，CyclicBarrier 是可重用的。

2. 工作机制

• CountDownLatch：这个类使一个线程可以等待其他线程各自执行完毕后再执行。它通过一个计数器来实现，计数器的初始值为线程的数量。当一个线程完成了它的任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值减到零时，它表示所有的线程都完成了任务，等待的线程被释放，继续执行。
• CyclicBarrier：它也用一个计数器来实现，但 CyclicBarrier 的计数器由线程到达屏障时自动减少。当计数器的值减到零时，表示所有线程都达到了屏障，然后屏障将打开，所有等待的线程可以继续执行。此外，CyclicBarrier 可以在所有线程释放后执行一个可选的运行一次的动作（例如，一个回调），这是通过一个被称为 barrier action 的 Runnable 对象来实现的。

3. 应用场景

• CountDownLatch：常用于主线程等待多个子线程的执行结果再继续主任务，或者等待某个服务被初始化后应用程序才开始运行。
• CyclicBarrier：适用于多个线程相互等待至一个公共屏障点的场景，常用于多线程计算数据，数据分段处理后，需要等待所有线程处理完毕再继续处理的场景。

4. 可重用性

• CountDownLatch 不能被重置，一旦计数器减到零，它就不能再被用于新的等待。
• CyclicBarrier 可以被重置回初始状态，重复使用。

假设有一个需求，需要在系统启动时执行三个预加载任务。CountDownLatch 可以用于等待这三个预加载任务全部完成后，系统再继续其它的启动任务。而 CyclicBarrier 可能用于模拟一个场景，如迭代算法，其中多个线程需要等待彼此完成一轮计算，然后再同时开始下一轮计算。

举个例子：

CountDownLatch 示例

假设我们有一个应用程序，需要在处理用户请求之前加载一些初始配置。我们将使用CountDownLatch来确保所有的初始化任务都完成后，主线程再继续执行。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {int tasks = 3; // 假设有三个初始化任务CountDownLatch latch = new CountDownLatch(tasks);for (int i = 0; i < tasks; i++) {new Thread(new Worker(i, latch)).start();}latch.await();  // 主线程等待所有工作线程完成System.out.println("所有初始化任务完成。主线程继续执行。");}static class Worker implements Runnable {private final int taskNumber;private final CountDownLatch latch;Worker(int taskNumber, CountDownLatch latch) {this.taskNumber = taskNumber;this.latch = latch;}@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));  // 模拟工作耗时System.out.println("任务 " + taskNumber + " 完成");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();} finally {latch.countDown();  // 完成任务，计数器减1}}}
}

CyclicBarrier 示例

假设我们有一个并行计算任务，分为多个线程执行，每个线程执行完一部分计算后，需要等待其他线程完成相同的计算阶段，之后才能进入下一阶段。我们使用CyclicBarrier来同步这些线程。

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;public class CyclicBarrierExample {private static class Task implements Runnable {private final int taskNumber;private final CyclicBarrier barrier;Task(int taskNumber, CyclicBarrier barrier) {this.taskNumber = taskNumber;this.barrier = barrier;}@Overridepublic void run() {try {System.out.println("任务 " + taskNumber + " 第一阶段执行");Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));barrier.await();  // 等待其他线程完成第一阶段System.out.println("任务 " + taskNumber + " 第二阶段执行");Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000));barrier.await();  // 等待其他线程完成第二阶段System.out.println("任务 " + taskNumber + " 完成");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {int numThreads = 3;  // 假设有三个任务CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numThreads, new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 当所有线程都到达屏障时执行System.out.println("所有任务进入下一个阶段");}});for (int i = 0; i < numThreads; i++) {new Thread(new Task(i, barrier)).start();}}
}

在这两个示例中：

• CountDownLatch用于主线程等待其他线程完成初始化任务后继续执行。
• CyclicBarrier用于多个线程间相互等待，确保所有线程在进入下一计算阶段前都完成当前阶段的计算。

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