CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore区别及底层原理

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一、CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。 CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成一些任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

1、CountDownLatch的用法

某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownLatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上await()的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1)，将其计算器初始化为1，多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await()，当主线程调用countDown()时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。

2、CountDownLatch的不足

CountDownLatch是一次性的，计算器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch使用完毕后，它不能再次被使用。

3、底层原理

借助了AQS队列同步器来完成功能。

4、实例

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
        System.out.println("主线程开始执行");
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + i);
            }
            countDownLatch.countDown();
        }).start();
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "->" + i);
            }
            countDownLatch.countDown();
        }).start();
        countDownLatch.await();
        System.out.println("两个子线程都执行完毕，继续执行主线程");
    }
}

控制台输出：

主线程开始执行
Thread-0->0
Thread-0->1
Thread-0->2
Thread-1->0
Thread-1->1
Thread-1->2
两个子线程都执行完毕，继续执行主线程

二、CyclicBarrier