请解释Java中的CountDownLatch和CyclicBarrier的区别和使用场景。什么是Java中的Semaphore？它如何控制并发访问？
请解释Java中的CountDownLatch和CyclicBarrier的区别和使用场景。
CountDownLatch 和 CyclicBarrier 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中提供的两个非常有用的同步工具，它们都用于控制多个线程之间的同步，但它们的目的和使用场景有所不同。
CountDownLatch
目的：CountDownLatch 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。
工作原理：
CountDownLatch在初始化时需要指定一个计数器（count），该计数器表示需要等待完成的操作数量。- 每个操作完成时，会通过调用
countDown()方法将计数器减一。 - 当计数器的值达到零时，所有因调用
await()方法而等待的线程会被释放，继续执行。
使用场景：
- 当你需要等待直到一组后台任务全部完成时，可以使用
CountDownLatch。 - 初始化某些资源前需要等待所有依赖的组件都准备完毕时。
- 性能测试中，等待足够数量的线程都准备就绪后再开始执行。
CyclicBarrier
目的：CyclicBarrier 用于让一组线程相互等待，直到它们都到达一个公共屏障点（barrier point），然后这些线程才会继续执行它们之后的操作。
工作原理：
CyclicBarrier在初始化时也需要指定一个参与者数量（parties），即必须到达屏障点的线程数。- 每个线程到达屏障点时，会调用
await()方法并阻塞，直到所有线程都到达屏障点。 - 所有线程都到达屏障点后，可以选择性地执行一个预设的屏障动作（barrier action），然后所有线程被释放，继续执行。
- 与
CountDownLatch不同，CyclicBarrier可以在所有线程被释放后重用，因此它是循环的。
使用场景：
- 当你需要将一组操作分解成多个线程执行，并且需要所有线程都完成后才能继续下一步操作时。
- 当你需要在所有参与者都准备好之后，再执行某个操作时（如游戏开始、竞赛开始等）。
- 需要在所有线程完成一轮计算后，再开始下一轮计算的场景。
总结
CountDownLatch主要用于一个线程或多个线程等待其他线程完成一组操作，且这种等待是一次性的。CyclicBarrier用于一组线程互相等待，直到它们都达到某个公共屏障点，然后这些线程可以一起继续执行，而且CyclicBarrier可以被重用。
两者都是多线程编程中非常有用的工具，选择哪个取决于具体的应用场景和需求。
什么是Java中的Semaphore？它如何控制并发访问？
Java中的Semaphore（信号量）是一种基于计数的同步工具，用于控制对共享资源的并发访问。Semaphore管理一组虚拟的许可（permits），每个许可代表了对共享资源的一个访问权。线程可以通过调用acquire()方法获取许可，从而进入访问区，当许可的数量为零时，acquire()方法会阻塞线程直到有可用的许可。线程在访问完共享资源后，应该通过调用release()方法来释放许可，以便其他线程可以获取许可并访问共享资源。
如何控制并发访问
- 初始化许可数量：
- 在创建
Semaphore时，需要指定许可的初始数量。这个数量决定了同时能够访问共享资源的线程数。
- 在创建
- 获取许可：
- 线程通过调用
Semaphore对象的acquire()方法来获取许可。如果许可数量大于零，则线程会成功获取许可并继续执行；如果许可数量为零，则线程会被阻塞，直到其他线程释放许可。 acquire()方法还有一个带超时的版本acquire(long timeout, TimeUnit unit)，它允许线程在指定的时间内等待许可，如果在超时时间内仍未获取到许可，则会返回false。
- 线程通过调用
- 释放许可：
- 线程在完成对共享资源的访问后，应该调用
Semaphore对象的release()方法来释放许可。这样，其他等待获取许可的线程就可以继续执行。
- 线程在完成对共享资源的访问后，应该调用
- 控制并发：
- 通过调整
Semaphore的许可数量，可以控制同时访问共享资源的线程数，从而有效地管理并发。 - 例如，如果有一个数据库连接池，可以使用
Semaphore来控制同时能够获取数据库连接的线程数，防止过多的线程同时访问数据库导致资源耗尽或性能下降。
- 通过调整
示例代码
import java.util.concurrent.Semaphore; | |
public class SemaphoreExample { | |
private final Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // 允许5个线程同时访问 | |
public void accessResource() { | |
try { | |
semaphore.acquire(); // 获取许可 | |
// 访问共享资源 | |
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取了许可"); | |
Thread.sleep(1000); // 模拟访问资源耗时 | |
// 释放资源 | |
} catch (InterruptedException e) { | |
e.printStackTrace(); | |
} finally { | |
semaphore.release(); // 释放许可 | |
} | |
} | |
public static void main(String[] args) { | |
SemaphoreExample example = new SemaphoreExample(); | |
for (int i = 0; i < 10; i++) { | |
new Thread(example::accessResource, "Thread-" + i).start(); | |
} | |
} | |
} |
在这个例子中，Semaphore被初始化为允许5个线程同时访问共享资源。当第6个线程尝试访问时，它会被阻塞，直到有线程释放许可。这样可以有效地控制并发访问，避免资源过载。