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在Java中如何使用Semaphore和CountDownLatch控制线程协调_线程同步类库技巧

P粉602998670

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发布时间:2025-11-20 11:16:02

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Semaphore用于限制并发访问资源的数量,如停车场示例中控制5个停车位的分配,通过acquire获取许可、release释放许可实现限流;CountDownLatch用于等待一组操作完成,如主线程等待3个子任务执行完毕后再继续,通过countDown递减计数、await阻塞等待归零。两者均属于java.util.concurrent包,适用于不同协作场景:前者适合资源池管理,后者适合任务同步,结合ExecutorService可更好管理线程生命周期,合理选用可简化并发逻辑。

在java中如何使用semaphore和countdownlatch控制线程协调_线程同步类库技巧

在Java并发编程中,Semaphore和CountDownLatch是两个常用的线程协调工具,它们属于java.util.concurrent包中的同步辅助类。虽然功能不同,但都能有效控制多个线程之间的协作行为。

Semaphore:控制并发访问资源的数量

Semaphore(信号量)用于限制同时访问某一资源的线程数量,适合实现资源池,如数据库连接池、线程池等。

它通过维护一组许可(permits)来实现控制:

  • 调用acquire()方法时,线程尝试获取一个许可,如果没有可用许可,线程将被阻塞。
  • 调用release()方法时,线程释放一个许可,唤醒等待的线程。
示例:模拟停车场最多停5辆车
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class ParkingLot { private static final int CAPACITY = 5; private Semaphore semaphore = new Semaphore(CAPACITY);

public void park(String carName) throws InterruptedException {
    semaphore.acquire(); // 获取一个停车位
    System.out.println(carName + " 停车成功");

    // 模拟停车一段时间
    Thread.sleep(2000);

    System.out.println(carName + " 离开停车场");
    semaphore.release(); // 释放停车位
}

public static void main(String[] args) {
    ParkingLot lot = new ParkingLot();
    for (int i = 1; i <= 8; i++) {
        new Thread(() -> {
            try {
                lot.park(Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }, "Car-" + i).start();
    }
}

}

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在这个例子中,最多只有5个线程能同时执行park操作,其余线程会等待,直到有车离开释放许可。

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CountDownLatch:等待一组操作完成

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成一系列操作。它通过一个计数器实现:

  • 计数器初始化为某个正整数,表示需要等待的事件数量。
  • 调用await()的线程会被阻塞,直到计数器变为0。
  • 每次调用countDown(),计数器减1。
示例:主线程等待多个子任务完成
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class TaskRunner { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { int taskCount = 3; CountDownLatch latch = new CountDownLatch(taskCount);

    for (int i = 1; i <= taskCount; i++) {
        final int taskId = i;
        new Thread(() -> {
            System.out.println("任务 " + taskId + " 开始执行");
            try {
                Thread.sleep(1000 * taskId); // 模拟不同耗时
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            System.out.println("任务 " + taskId + " 完成");
            latch.countDown(); // 计数减1
        }).start();
    }

    System.out.println("等待所有任务完成...");
    latch.await(); // 阻塞直到计数为0
    System.out.println("所有任务已完成,主线程继续执行");
}

}

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主线程调用await()后暂停,直到三个子线程各自调用countDown()使计数归零,才继续执行。

使用建议与注意事项

  • Semaphore适用于控制资源的并发访问量,注意及时调用release()避免死锁或资源泄露。
  • CountDownLatch是一次性的,计数器不能重置。如果需要重复使用,考虑CyclicBarrier。
  • 两者都不需要像synchronized那样显式加锁,API更简洁,适合特定场景下的线程协调。
  • 结合ExecutorService使用效果更佳,可以更好地管理线程生命周期。

基本上就这些。根据具体需求选择合适的工具,Semaphore侧重“限流”,CountDownLatch侧重“等待完成”,合理使用能大大简化并发控制逻辑。

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