摘要：
在Java并发编程中，多阶段任务同步是一个常见且复杂的问题。CountDownLatch和CyclicBarrier是Java并发工具类库中用于解决此类问题的两种重要工具。本文将深入探讨这两种工具类的原理和使用方法，并通过实际案例展示它们在多阶段任务同步中的应用。
一、
多阶段任务同步是指在并发编程中，多个任务需要按照一定的顺序执行，且每个阶段完成后才能进入下一个阶段。这种同步机制在分布式系统、网络编程、多线程应用等领域有着广泛的应用。Java并发工具类CountDownLatch和CyclicBarrier正是为了解决这类问题而设计的。
二、CountDownLatch
CountDownLatch是一个同步辅助类，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。它通过一个计数器来控制线程的执行。当计数器值为0时，所有等待的线程将被释放。
1. CountDownLatch的原理
CountDownLatch内部维护一个计数器，初始值为指定值。每当一个线程完成某个阶段后，它会调用countDown()方法，将计数器减1。当计数器为0时，所有等待的线程将被唤醒。
2. CountDownLatch的使用方法
java
public class CountDownLatchExample {
private final int totalThreadCount;
private final CountDownLatch latch;
public CountDownLatchExample(int totalThreadCount) {
this.totalThreadCount = totalThreadCount;
this.latch = new CountDownLatch(totalThreadCount);
}
public void doWork() {
for (int i = 0; i < totalThreadCount; i++) {
new Thread(() -> {
try {
// 模拟任务执行
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " completed.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
}
try {
// 等待所有线程完成
latch.await();
System.out.println("All threads completed.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
CountDownLatchExample example = new CountDownLatchExample(5);
example.doWork();
}
}
三、CyclicBarrier
CyclicBarrier是一个同步辅助类，它允许一组线程在到达某个屏障点（barrier）时被阻塞，直到所有线程都到达屏障点后，这些线程才会继续执行。
1. CyclicBarrier的原理
CyclicBarrier内部维护一个计数器，初始值为线程数。每当一个线程到达屏障点时，它会调用await()方法，将计数器减1。当计数器为0时，所有等待的线程将被唤醒，并继续执行。
2. CyclicBarrier的使用方法
java
public class CyclicBarrierExample {
private final int totalThreadCount;
private final CyclicBarrier barrier;
public CyclicBarrierExample(int totalThreadCount) {
this.totalThreadCount = totalThreadCount;
this.barrier = new CyclicBarrier(totalThreadCount, () -> {
System.out.println("Barrier reached by all threads.");
});
}
public void doWork() {
for (int i = 0; i < totalThreadCount; i++) {
new Thread(() -> {
try {
// 模拟任务执行
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " reached the barrier.");
barrier.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrierExample example = new CyclicBarrierExample(5);
example.doWork();
}
}
四、CountDownLatch和CyclicBarrier的组合使用
在实际应用中，CountDownLatch和CyclicBarrier可以组合使用，以实现更复杂的同步逻辑。
java
public class CombinedExample {
private final int totalThreadCount;
private final CountDownLatch latch;
private final CyclicBarrier barrier;
public CombinedExample(int totalThreadCount) {
this.totalThreadCount = totalThreadCount;
this.latch = new CountDownLatch(totalThreadCount);
this.barrier = new CyclicBarrier(totalThreadCount, () -> {
System.out.println("Barrier reached by all threads.");
});
}
public void doWork() {
for (int i = 0; i < totalThreadCount; i++) {
new Thread(() -> {
try {
// 模拟任务执行
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " reached the barrier.");
barrier.await();
latch.countDown();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
try {
// 等待所有线程完成
latch.await();
System.out.println("All threads completed.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
CombinedExample example = new CombinedExample(5);
example.doWork();
}
}
五、总结
CountDownLatch和CyclicBarrier是Java并发编程中常用的工具类，用于解决多阶段任务同步问题。通过本文的介绍和示例代码，我们可以了解到这两种工具类的原理和使用方法。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的工具类，或者将它们组合使用，以实现复杂的同步逻辑。
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