Java中的 `CountDownLatch` 与 `CyclicBarrier`：区别、使用场景解析

Java中的 CountDownLatch 与 CyclicBarrier：区别、使用场景解析 🚀

摘要

在多线程编程中，Java 提供了许多工具类来帮助我们管理并发任务。其中，CountDownLatch 和 CyclicBarrier 是两个非常常用的同步工具类，它们看起来很相似，但实际上有很大的区别。本文将详细讲解这两个类的区别、使用场景，以及如何选择合适的工具来实现高效的多线程程序。希望通过本篇文章，能够帮助你更好地理解它们的作用以及在项目中的应用。💡

引言

Java 提供的并发工具类可以帮助我们在多线程程序中协调不同线程的执行。特别是，当多个线程需要同步执行或等待其他线程完成某些任务时，CountDownLatch 和 CyclicBarrier 就显得尤为重要。虽然这两个类都属于阻塞式同步工具，但它们的行为和应用场景有所不同。

你会用 CountDownLatch 还是 CyclicBarrier？

• CountDownLatch 适用于“一次性事件的等待”，例如等待多个线程完成工作。
• CyclicBarrier 则适用于“定期同步多个线程”的场景，例如，多个线程需要定期同步并且可以在每次完成后重用。

让我们一起来详细了解它们的区别，并看看在不同场景下如何选择最合适的工具。😉

正文

1. CountDownLatch 的工作原理和应用场景

CountDownLatch 是 Java 提供的一种同步工具，用于协调多个线程的执行。它的基本工作原理是通过一个计数器来控制线程的等待。当计数器的值减到零时，所有等待的线程才能继续执行。

1.1 使用 CountDownLatch

• 主要特点 ：
  • 一次性：CountDownLatch 一旦计数器变为零，就不能重用。
  • 适用于“等待多个线程完成任务”的场景。

代码示例：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 定义一个 CountDownLatch，计数器为 3，表示等待 3 个线程
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

        // 启动 3 个线程，每个线程完成后调用 countDown() 方法
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模拟任务执行
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    latch.countDown(); // 每个线程完成后计数器减一
                }
            }).start();
        }

        // 主线程等待计数器减到零
        latch.await();
        System.out.println("所有线程已完成，主线程继续执行！");
    }
}

在这个例子中，主线程会等待 CountDownLatch 中的计数器减到零，才会继续执行。这种方式非常适合用于 等待多个线程执行完任务 后再做进一步操作的场景。🔧

1.2 典型应用场景

• 初始化操作：例如启动多个线程来初始化某些资源，主线程等待所有线程完成初始化后再继续执行。
• 任务完成通知：当多个线程执行并行任务时，主线程需要等待所有线程完成任务后再进行下一步操作。

2. CyclicBarrier 的工作原理和应用场景

CyclicBarrier 也是一种同步工具类，但它的设计是为了定期同步多个线程。与 CountDownLatch 不同，CyclicBarrier 的计数器可以在每次达到指定值后重置，因此可以被重复使用。

2.1 使用 CyclicBarrier

• 主要特点 ：
  • 可重用：当计数器达到零后，CyclicBarrier 会自动重置，允许线程继续执行并重新等待。
  • 适用于“定期同步多个线程”的场景。

代码示例：

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 定义一个 CyclicBarrier，计数器为 3，表示等待 3 个线程
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
            System.out.println("所有线程到达屏障，开始执行某个操作！");
        });

        // 启动 3 个线程，每个线程都会在屏障前等待
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模拟任务执行
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 到达屏障");
                    barrier.await(); // 等待其他线程
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

在这个例子中，三个线程都需要等到所有线程到达屏障（即计数器达到零），然后执行某个操作。这个操作是在 CyclicBarrier 达到零时由 barrier 传入的回调函数完成的。💡

2.2 典型应用场景

• 并行任务的分阶段处理：多个线程可以在不同的阶段执行任务，每个阶段完成后都需要同步。
• 模拟多线程游戏或算法：例如，多线程模拟一个比赛或多步操作，只有当所有线程都到达某一阶段时，才能开始下一阶段。

3. CountDownLatch 与 CyclicBarrier 的区别

4. 总结

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 都是 Java 提供的多线程同步工具类，但它们的应用场景和实现方式有所不同：

• CountDownLatch：适用于一次性的事件等待，通常用于等待多个线程完成后再执行某些操作。
• CyclicBarrier：适用于定期同步多个线程，适合用于多阶段任务的协调和并行计算。

在选择这两个工具类时，应该根据实际需求来决定。如果你需要一次性的线程等待，CountDownLatch 是更合适的选择；如果你需要多次同步线程，CyclicBarrier 更加适用。

参考资料

• CountDownLatch官方文档
• CyclicBarrier官方文档
• Java多线程编程基础