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一、CountDownLatch

java.util.concurrent.CountDownLatch 是 Java 并发编程中的一个同步工具类，用于让一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。它的核心思想是通过一个计数器来实现线程的等待和唤醒。

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主要用途

CountDownLatch 通常用于以下场景：

1. 主线程等待多个子线程完成任务：
   • 例如，主线程需要等待多个子线程初始化完成后才能继续执行。
2. 多个子线程等待主线程发出信号：
   • 例如，多个子线程需要等待主线程发出“开始”信号后才能同时执行。

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核心方法

1. CountDownLatch(int count)：
   • 构造函数，初始化计数器。count 是需要等待的操作次数。
2. void await()：
   • 使当前线程等待，直到计数器减到 0。
3. boolean await(long timeout, TimeUnit unit)：
   • 使当前线程等待，直到计数器减到 0 或超时。
4. void countDown()：
   • 将计数器减 1，表示一个操作已完成。
5. long getCount()：
   • 返回当前计数器的值。

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使用示例

示例 1：主线程等待多个子线程完成任务

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {int threadCount = 5;CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);for (int i = 0; i < threadCount; i++) {new Thread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成任务");latch.countDown(); // 计数器减 1}).start();}latch.await(); // 主线程等待所有子线程完成任务System.out.println("所有任务已完成，主线程继续执行");}
}

输出：

Thread-0 完成任务
Thread-1 完成任务
Thread-2 完成任务
Thread-3 完成任务
Thread-4 完成任务
所有任务已完成，主线程继续执行

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示例 2：多个子线程等待主线程发出信号

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample2 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {int threadCount = 5;CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);for (int i = 0; i < threadCount; i++) {new Thread(() -> {try {startSignal.await(); // 子线程等待主线程的信号System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}Thread.sleep(2000); // 模拟主线程准备时间System.out.println("主线程发出开始信号");startSignal.countDown(); // 主线程发出信号}
}

输出：

主线程发出开始信号
Thread-0 开始执行
Thread-1 开始执行
Thread-2 开始执行
Thread-3 开始执行
Thread-4 开始执行

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注意事项

1. 计数器不可重置：
   • CountDownLatch 的计数器只能减不能增，一旦计数器减到 0，就不能再使用了。如果需要重复使用，可以考虑 CyclicBarrier。
2. 避免死锁：
   • 确保所有线程都会调用 countDown()，否则主线程会一直等待。
3. 性能开销：
   • CountDownLatch 是基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现的，性能较高，适合高并发场景。

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二、CyclicBarrier

java.util.concurrent.CyclicBarrier 是 Java 并发编程中的一个同步工具类，用于让一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个屏障点（Barrier Point）后再继续执行。与 CountDownLatch 不同，CyclicBarrier 是可以重复使用的。

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主要用途

CyclicBarrier 通常用于以下场景：

1. 多线程任务分阶段执行：
   • 例如，多个线程需要先完成第一阶段的任务，然后同时开始第二阶段的任务。
2. 并行计算：
   • 例如，将一个大型计算任务拆分为多个子任务，每个子任务由一个线程处理，所有线程完成后合并结果。

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核心方法

1. CyclicBarrier(int parties)：
   • 构造函数，初始化屏障，parties 是需要等待的线程数。
2. CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)：
   • 构造函数，初始化屏障，并指定所有线程到达屏障后执行的操作（barrierAction）。
3. int await()：
   • 使当前线程等待，直到所有线程都到达屏障。
4. int await(long timeout, TimeUnit unit)：
   • 使当前线程等待，直到所有线程都到达屏障或超时。
5. void reset()：
   • 重置屏障，使其可以重复使用。

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使用示例

示例 1：多个线程相互等待

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;public class CyclicBarrierExample {public static void main(String[] args) {int threadCount = 3;CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadCount, () -> {System.out.println("所有线程已到达屏障，继续执行");});for (int i = 0; i < threadCount; i++) {new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 到达屏障");barrier.await(); // 等待其他线程System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 继续执行");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}).start();}}
}

输出：

Thread-0 到达屏障
Thread-1 到达屏障
Thread-2 到达屏障
所有线程已到达屏障，继续执行
Thread-2 继续执行
Thread-0 继续执行
Thread-1 继续执行

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示例 2：分阶段任务

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;public class CyclicBarrierExample2 {public static void main(String[] args) {int threadCount = 3;CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadCount, () -> {System.out.println("当前阶段完成，进入下一阶段");});for (int i = 0; i < threadCount; i++) {new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成阶段 1");barrier.await(); // 等待其他线程完成阶段 1System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成阶段 2");barrier.await(); // 等待其他线程完成阶段 2System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成阶段 3");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}).start();}}
}

输出：

Thread-0 完成阶段 1
Thread-1 完成阶段 1
Thread-2 完成阶段 1
当前阶段完成，进入下一阶段
Thread-2 完成阶段 2
Thread-0 完成阶段 2
Thread-1 完成阶段 2
当前阶段完成，进入下一阶段
Thread-1 完成阶段 3
Thread-0 完成阶段 3
Thread-2 完成阶段 3

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注意事项

1. 屏障点操作：
   • 如果指定了 barrierAction，它会在最后一个线程到达屏障后执行，然后所有线程才会继续执行。
2. 异常处理：
   • 如果某个线程在等待时被中断或超时，屏障会被破坏，所有等待的线程会抛出 BrokenBarrierException。
3. 重复使用：
   • CyclicBarrier 可以重复使用，每次所有线程到达屏障后，计数器会自动重置。

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CyclicBarrier与 CountDownLatch 的区别

特性	CyclicBarrier	CountDownLatch
计数器重置	可重置	不可重置
用途	多个线程相互等待	一个线程等待多个线程完成
触发条件	所有线程到达屏障点	计数器减到 0
重复使用	支持	不支持

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适用场景

• 如果任务需要分阶段执行，并且每个阶段需要所有线程同步，使用 CyclicBarrier。
• 如果只需要一个线程等待其他线程完成，使用 CountDownLatch。