CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore原理和区别

CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore是Java并发包java.util.concurrent中提供的三种同步辅助工具，它们用于控制线程间的协调。

CountDownLatch

CountDownLatch是一个同步辅助工具，它允许一个或多个线程等待一组操作完成。

原理：

• 它内部维护一个计数器，初始值由构造函数传入。
• 通过countDown()方法递减计数器。
• 通过await()方法阻塞等待计数器归零。

就像一场赛车比赛，裁判（主线程）在等待所有赛车（工作线程）都到达终点（countDown()）后才能宣布比赛结束（await()）。

使用场景：

• 用于某个固定时刻只有当所有任务都执行完毕后，才能继续执行后续的任务。

CyclicBarrier

CyclicBarrier是一个同步辅助工具，它允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点。

原理：

• 它内部同样维护一个计数器，当线程到达屏障时计数器递减。
• 线程调用await()方法时，如果计数器还没到零，则线程会被阻塞。
• 当所有线程都到达屏障点后，计数器归零，所有线程都会被唤醒。

就像一群朋友约定在某个地方集合，所有人到齐后才能一起出发去下一个目的地。

使用场景：

• 用于需要周期性执行的任务，比如多线程分批处理数据。

Semaphore

Semaphore是一个计数信号量，用于限制对资源的访问。

原理：

• 它内部维护一个许可集合，线程可以通过acquire()方法获取许可。
• 如果没有许可，则线程会被阻塞。
• 线程使用完毕后，通过release()方法释放许可。

就像一个停车场，有固定数量的停车位，车辆（线程）需要先获取停车许可（acquire()）才能停车，离开时释放停车位（release()）。

使用场景：

• 用于限制对资源的并发访问数量，比如数据库连接池。

区别

1. 用途：

   • CountDownLatch用于一次性操作，不能重用。
   • CyclicBarrier可以重复使用，适用于多次的同步操作。
   • Semaphore用于控制资源的并发访问。

2. 功能：

   • CountDownLatch只能减少计数，不能增加。
   • CyclicBarrier可以在每次完成后重置计数。
   • Semaphore的计数可以增加也可以减少。

3. 灵活性：

   • CountDownLatch一旦构造，计数就固定了。
   • CyclicBarrier和Semaphore在运行时可以动态地获取和释放许可。

4. 阻塞策略：

   • CountDownLatch和CyclicBarrier在计数器未达到条件时会阻塞线程。
   • Semaphore在没有许可时会阻塞线程。

这些工具在并发编程中非常有用，它们帮助开发者控制线程间的协作和同步，以确保程序的正确性和性能。