Java并发编程中的CountDownLatch和CyclicBarrier

在Java并发编程中，CountDownLatch和CyclicBarrier是两个非常有用的同步工具，它们在多线程协调和同步方面发挥着重要作用。本文将详细介绍这两个工具的用法、区别以及在实际应用中的场景。

CountDownLatch

CountDownLatch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实现，当计数器的值为0时，线程可以继续执行。以下是其主要特点：

一次性使用：一旦计数器达到0，CountDownLatch就不能再被重置。
等待线程：一个或多个线程可以调用await()方法等待，直到计数器为0。
计数器减少：其他线程通过调用countDown()方法来减少计数器。

应用场景：

启动多个服务：在系统启动时，等待所有服务都准备好后再开始处理请求。
并发测试：在测试中，等待所有线程完成任务后再进行结果汇总。
任务依赖：某些任务需要在其他任务完成后才能执行。

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is working.");
                latch.countDown();
            }).start();
        }
        latch.await();
        System.out.println("All threads have finished.");
    }
}

CyclicBarrier

CyclicBarrier允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达一个共同的屏障点。它与CountDownLatch的主要区别在于：

可重用：CyclicBarrier可以重置并重复使用。
线程同步：所有线程必须到达屏障点才能继续执行。
屏障动作：可以指定一个在所有线程到达屏障点后执行的动作。

应用场景：

多线程计算：在并行计算中，等待所有线程完成各自的计算任务后再进行结果汇总。
数据同步：在分布式系统中，等待所有节点同步数据后再进行下一步操作。
游戏开发：在多人游戏中，等待所有玩家准备好后开始游戏。

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        int parties = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(parties, () -> {
            System.out.println("All threads have reached the barrier.");
        });

        for (int i = 0; i < parties; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting at the barrier.");
                    barrier.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has crossed the barrier.");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

区别与选择

CountDownLatch适用于一个或多个线程等待其他线程完成任务的情况，通常是一次性的。
CyclicBarrier适用于一组线程需要在某个点上同步的情况，且可以重复使用。

在实际应用中，选择使用哪种工具取决于具体的需求：

如果需要等待多个线程完成任务后再执行某个操作，CountDownLatch是更好的选择。
如果需要一组线程在某个点上同步并可能重复这个过程，CyclicBarrier更为合适。

通过以上介绍，我们可以看到CountDownLatch和CyclicBarrier在Java并发编程中的重要性。它们不仅提高了代码的可读性和可维护性，还有效地解决了多线程同步的问题。希望本文能帮助大家更好地理解和应用这两个工具。