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文章标题：Java中的countDownLatch和CyclicBarrier有何区别？
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在Java并发编程中，CountDownLatch 和 CyclicBarrier 是两种常用的同步辅助类，它们各自服务于不同的并发场景，虽然它们都用于协调多个线程之间的操作，但其设计目的、使用场景以及工作机制有着显著的区别。接下来，我们将深入探讨这两种工具的区别，以及它们如何在实际编程中被灵活应用。

一、CountDownLatch 详解

1. 设计目的

CountDownLatch 是一种同步工具类，用于让一个或多个线程等待直到其他线程完成一系列操作。它类似于一个计数器，当计数器达到零时，等待的线程才会继续执行。CountDownLatch 是一次性的，一旦计数器到达零，它就不能被重置。

2. 工作机制

  • 初始化：CountDownLatch 在创建时需要指定一个初始计数值（count），这个值表示需要等待的事件数量。
  • 等待：调用 await() 方法的线程会在此等待，直到计数器的值减至零。如果计数器的值为零，则 await() 方法会立即返回，且不会阻塞调用线程。
  • 计数：每次调用 countDown() 方法，计数器的值就会减一。当计数器值变为零时，所有因调用 await() 方法而阻塞的线程都会被释放，继续执行。

3. 使用场景

CountDownLatch 非常适合用于等待多个线程完成某项操作后才能继续执行的场景。例如，在启动一个应用服务时，可能需要等待多个资源或组件初始化完成后再继续。此时，可以初始化一个 CountDownLatch，其计数值为需要初始化的组件数量，每个组件初始化完成后调用 countDown() 方法，主线程则通过 await() 方法等待所有组件初始化完成。

示例代码

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 假设有三个任务需要完成

// 三个线程分别执行不同的任务
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        try {
            // 模拟任务执行
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 任务完成");
            latch.countDown(); // 完成任务，计数器减一
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }).start();
}

try {
    latch.await(); // 等待所有任务完成
    System.out.println("所有任务完成，继续后续操作");
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

二、CyclicBarrier 详解

1. 设计目的

与 CountDownLatch 不同，CyclicBarrier 用于让一组线程互相等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点（barrier point），然后这些线程才会同时继续执行。CyclicBarrier 的名称来源于其可循环使用的特性，即当所有线程都通过屏障后，它可以被重置并再次使用，无需重新创建。

2. 工作机制

  • 初始化：CyclicBarrier 在创建时需要指定两个参数：参与线程的数量（parties）和一个可选的 Runnable 任务，该任务在所有线程到达屏障点后由最后一个到达的线程执行。
  • 等待：每个线程调用 await() 方法时，它会在屏障点等待，直到所有线程都调用了 await() 方法。一旦最后一个线程到达，如果指定了 Runnable 任务，则此任务会在所有线程被释放前执行。
  • 循环：CyclicBarrier 的一个重要特性是它可以被重置并重新使用。调用 reset() 方法后，屏障会被重置回其初始状态，等待下一轮线程的到达。

3. 使用场景

CyclicBarrier 适用于需要所有线程都准备好后再同时执行下一步操作的场景。例如，在并行计算中，可能需要等待所有线程都准备好数据后再进行汇总处理；或者在游戏开发中，所有玩家都准备好后才开始游戏。

示例代码

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> System.out.println("所有线程都已准备好，开始执行共同任务"));

// 三个线程分别执行不同的准备任务
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    final int threadNum = i;
    new Thread(() -> {
        try {
            // 模拟准备任务
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 准备完成");
            barrier.await(); // 等待其他线程准备完成
            // 所有线程都准备完成后，继续执行后续任务
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行共同任务");
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }).start();
}

三、CountDownLatch 与 CyclicBarrier 的区别

  1. 使用场景：

    • CountDownLatch 主要用于一个或多个线程等待其他多个线程完成某项任务后再继续执行。它通常用于等待初始化完成、资源加载等场景。
    • CyclicBarrier 则用于多个线程互相等待，直到所有线程都达到某个公共点后再一起继续执行。它常用于并行计算的同步控制、游戏开发中的同步启动等场景。

  2. 可重用性：

    • CountDownLatch 是一次性的，一旦计数器减至零，就不能再被重置。
    • CyclicBarrier 是可循环使用的，当所有线程都通过屏障后，可以重置并再次使用。

  3. 功能扩展：

    • CountDownLatch 主要提供等待/通知功能，没有提供在屏障点执行额外任务的机制。
    • CyclicBarrier 允许在最后一个线程到达屏障点后执行一个额外的 Runnable 任务，这提供了更多的灵活性。

  4. 线程数量：

    • CountDownLatch 的计数器减少是线性的，每个线程调用 countDown() 方法都会使计数器减一，直到计数器为零。
    • CyclicBarrier 的线程数量是固定的，需要在创建时指定，且所有线程都必须调用 await() 方法以到达屏障点。

四、总结

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 都是Java并发包中强大的同步工具，它们各自在特定的并发场景中发挥着重要作用。CountDownLatch 更适合用于等待多个线程完成某项操作后再继续执行的场景，而 CyclicBarrier 则适用于需要所有线程都准备好后再同时执行下一步操作的场景。了解并熟练掌握这两种工具的使用，将有助于我们在编写并发程序时更加灵活地控制线程间的同步与协作。

在实际编程中，选择 CountDownLatch 还是 CyclicBarrier，取决于具体的应用场景和需求。通过合理选择和使用这些同步工具，我们可以编写出高效、可靠的并发程序，充分利用多核处理器的优势，提升应用的性能和响应速度。在码小课网站上，您可以找到更多关于Java并发编程的深入讲解和实战案例，帮助您更好地掌握这些高级技术。

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