CountDownLatch vs CyclicBarrier vs Semaphore：并发工具的深度解析

在并发编程中，Java提供了多种工具来帮助开发者管理线程之间的协调和同步。其中，CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore是三种常用的并发控制工具。它们各有特色，适用于不同的场景。让我们深入了解一下这三种工具的区别和应用。

CountDownLatch

CountDownLatch 是一个同步辅助类，它允许一个或多个线程等待，直到在其他线程中执行的一组操作完成。它的主要特点是：

一次性：一旦计数器达到零，latch就不能再被重置。
等待：线程可以等待，直到计数器达到零。

应用场景：

确保某些操作在其他操作完成之前不开始。例如，在一个多线程应用中，主线程需要等待所有工作线程完成初始化工作后再继续执行。
模拟并发线程的同步点。例如，在性能测试中，模拟多个用户同时访问系统。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 三个线程执行任务
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 执行任务
        latch.countDown();
    }).start();
}
// 主线程等待
latch.await();

CyclicBarrier

CyclicBarrier 是一个同步机制，它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。它的特点包括：

可重用：屏障可以被重置并重复使用。
同步：所有线程必须到达屏障点才能继续。

应用场景：

多线程计算任务的分段处理。例如，在数据分析中，将数据分成几部分，每部分由一个线程处理，处理完后再汇总结果。
游戏中的同步点。例如，多人在线游戏中，所有玩家准备好后开始游戏。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 执行任务
        barrier.await();
    }).start();
}

Semaphore

Semaphore 是一个计数信号量，用于控制同时访问某个资源的线程数量。它可以用于实现资源池、信号量控制等。

计数：可以控制同时访问资源的线程数量。
公平性：可以设置为公平或非公平模式。

应用场景：

限制资源访问。例如，数据库连接池，限制同时连接的数量。
流量控制。例如，限制对某个服务的并发请求数量。

Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    new Thread(() -> {
        try {
            semaphore.acquire();
            // 访问资源
        } finally {
            semaphore.release();
        }
    }).start();
}

总结

CountDownLatch 适用于一次性事件的等待，CyclicBarrier 适用于需要多次同步的场景，而 Semaphore 则用于控制资源的并发访问。选择哪种工具取决于具体的应用需求：

如果需要等待一组事件完成后再继续，选择 CountDownLatch。
如果需要多个线程在某个点同步并可能重复使用，选择 CyclicBarrier。
如果需要控制对资源的并发访问，选择 Semaphore。

通过理解和正确使用这些工具，开发者可以更有效地管理线程间的协调，提高程序的并发性能和可靠性。希望这篇文章能帮助大家更好地理解并应用这些并发工具。