Java多线程倒计时门闩（CountDownLatch）实现多任务同步与等待
在Java并发编程中，多线程同步是一个重要的概念。它确保了多个线程在执行任务时能够按照一定的顺序进行，从而避免数据竞争和资源冲突等问题。本文将围绕Java语言中的`CountDownLatch`类，探讨其在多任务同步与等待中的应用。
`CountDownLatch`是Java并发包（java.util.concurrent）中的一个类，用于实现线程间的同步。它允许一个或多个线程等待其他线程完成某个操作。`CountDownLatch`通过一个计数器实现，计数器的初始值由构造函数指定。每当一个线程完成其任务时，它会调用`countDown()`方法，将计数器减1。当计数器值为0时，所有等待的线程将被释放，继续执行。
CountDownLatch的基本使用
以下是一个简单的`CountDownLatch`使用示例：
java
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchExample {
public static void main(String[] args) {
int numberOfTasks = 5;
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfTasks);
for (int i = 0; i < numberOfTasks; i++) {
new Thread(new Task(latch)).start();
}
try {
System.out.println("Waiting for all tasks to complete...");
latch.await();
System.out.println("All tasks completed.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class Task implements Runnable {
private CountDownLatch latch;
public Task(CountDownLatch latch) {
this.latch = latch;
}
@Override
public void run() {
try {
// 模拟任务执行时间
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}
}
}
在这个例子中，我们创建了5个任务，每个任务在执行完毕后都会调用`countDown()`方法。主线程通过调用`latch.await()`等待所有任务完成。
CountDownLatch的高级应用
1. 分段执行
在处理大量数据时，我们可以使用`CountDownLatch`实现分段执行，以提高效率。
以下是一个分段执行示例：
java
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class SegmentExecutionExample {
public static void main(String[] args) {
int totalTasks = 100;
int segmentSize = 10;
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(totalTasks);
for (int i = 0; i < totalTasks; i++) {
new Thread(new SegmentTask(latch, i)).start();
}
try {
System.out.println("Waiting for all segments to complete...");
latch.await();
System.out.println("All segments completed.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class SegmentTask implements Runnable {
private CountDownLatch latch;
private int taskId;
public SegmentTask(CountDownLatch latch, int taskId) {
this.latch = latch;
this.taskId = taskId;
}
@Override
public void run() {
try {
// 模拟任务执行时间
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}
}
}
在这个例子中，我们将100个任务分为10个段，每个段包含10个任务。每个任务执行完毕后，都会调用`countDown()`方法。主线程通过调用`latch.await()`等待所有段完成。
2. 线程池与CountDownLatch
在实际应用中，我们经常使用线程池来管理线程。以下是一个使用线程池和`CountDownLatch`的示例：
java
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolCountDownLatchExample {
public static void main(String[] args) {
int numberOfTasks = 5;
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfTasks);
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < numberOfTasks; i++) {
executor.submit(new Task(latch));
}
executor.shutdown();
try {
System.out.println("Waiting for all tasks to complete...");
latch.await();
System.out.println("All tasks completed.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class Task implements Runnable {
private CountDownLatch latch;
public Task(CountDownLatch latch) {
this.latch = latch;
}
@Override
public void run() {
try {
// 模拟任务执行时间
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}
}
}
在这个例子中，我们创建了一个固定大小的线程池，并将任务提交给线程池执行。每个任务执行完毕后，都会调用`countDown()`方法。主线程通过调用`latch.await()`等待所有任务完成。
总结
`CountDownLatch`是Java并发编程中一个非常有用的工具，它可以方便地实现多任务同步与等待。相信读者已经对`CountDownLatch`有了更深入的了解。在实际应用中，我们可以根据需求灵活运用`CountDownLatch`，提高程序的并发性能和稳定性。
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