countdownlatch和cyclicbarrier均为Java并发工具类，区别在于前者为一次性倒计时器，后者可循环使用。1. countdownlatch通过countdown()递减计数，计数为0后唤醒await()线程，适用于一个或多个线程等待其他线程完成任务的场景；2. cyclicbarrier通过await()使一组线程互相等待至屏障点后同时释放，并可重复使用，适合多个线程同步执行某阶段任务后再继续后续操作。两者在计数方式、可重用性、用途及线程数量要求上均有差异，选择时应根据具体需求判断。
CountDownLatch和CyclicBarrier都是Java并发包java.util.concurrent中的同步工具类，用于协调多个线程的执行。关键区别在于CountDownLatch是一次性的倒计时器，而CyclicBarrier则可以循环使用。CountDownLatch主要用于一个或多个线程等待其他线程完成操作，而CyclicBarrier用于一组线程互相等待至到达某个公共屏障点，然后同时继续执行。
CountDownLatch vs. CyclicBarrier：用法详解与场景分析
CountDownLatch的用法
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CountDownLatch基于计数器实现。初始化时设置一个计数器的值，调用countDown()方法会将计数器减1，直到计数器变为0，调用await()方法的线程会被唤醒。
- 初始化： CountDownLatch latch = new CountDownLatch(n); // n为计数器初始值
- 递减计数器： latch.countDown(); // 通常在执行任务的线程中调用
- 等待： latch.await(); // 调用此方法的线程会阻塞，直到计数器变为0
示例：模拟运动员等待发令枪响
import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class CountDownLatchExample { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { int numberOfRunners = 5; CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1); // 发令枪 CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(numberOfRunners); // 所有运动员完成的信号 for (int i = 0; i < numberOfRunners; ++i) { new Thread(new Runner(startSignal, doneSignal, i)).start(); } System.out.println("准备..."); Thread.sleep(1000); // 模拟准备时间 System.out.println("发令枪响！"); startSignal.countDown(); // 发令枪响 doneSignal.await(); // 等待所有运动员完成 System.out.println("比赛结束！"); } } class Runner implements Runnable { private final CountDownLatch startSignal; private final CountDownLatch doneSignal; private final int id; Runner(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal, int id) { this.startSignal = startSignal; this.doneSignal = doneSignal; this.id = id; } public void run() { try { startSignal.await(); // 等待发令枪响 System.out.println("运动员 " + id + " 开始跑..."); Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000)); // 模拟跑步时间 System.out.println("运动员 " + id + " 到达终点！"); doneSignal.countDown(); // 完成 } catch (InterruptedException ex) { // ... } } }
CyclicBarrier的用法
CyclicBarrier允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达一个公共屏障点。到达屏障后，所有线程会被同时释放，继续执行。CyclicBarrier可以重用，每次所有线程到达屏障后，屏障会被重置，可以进行下一轮的等待。
- 初始化： CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(n); // n为线程数量
- 等待： barrier.await(); // 调用此方法的线程会阻塞，直到所有线程都到达屏障
示例：模拟多个线程计算部分结果，然后汇总
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class CyclicBarrierExample { public static void main(String[] args) { int numberOfThreads = 3; CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfThreads, () -> { System.out.println("所有线程到达屏障，汇总结果..."); }); for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) { new Thread(new Worker(barrier, i)).start(); } } } class Worker implements Runnable { private final CyclicBarrier barrier; private final int id; Worker(CyclicBarrier barrier, int id) { this.barrier = barrier; this.id = id; } public void run() { try { System.out.println("线程 " + id + " 开始计算..."); Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000)); // 模拟计算时间 System.out.println("线程 " + id + " 完成计算，等待其他线程..."); barrier.await(); // 等待其他线程 System.out.println("线程 " + id + " 继续执行..."); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } } }
CountDownLatch和CyclicBarrier的异同点总结
- 计数方式： CountDownLatch是递减计数，CyclicBarrier是递增计数（直到达到parties数量）。
- 可重用性： CountDownLatch是一次性的，计数器变为0后就不能再使用了。CyclicBarrier可以重用，每次所有线程到达屏障后，屏障会被重置。
- 用途： CountDownLatch通常用于一个或多个线程等待其他线程完成任务。CyclicBarrier通常用于一组线程互相等待，然后同时开始下一轮任务。
- 线程数量： CountDownLatch中，参与countDown()的线程数量不一定等于初始化的计数值。CyclicBarrier中，参与await()的线程数量必须等于初始化时的parties数量。
- 执行动作： CyclicBarrier可以在所有线程到达屏障后执行一个Runnable任务。CountDownLatch没有这个功能。
如何选择CountDownLatch还是CyclicBarrier？
选择哪个取决于具体的场景。如果只需要一个线程等待其他线程完成任务，CountDownLatch更合适。如果需要一组线程互相等待，然后同时开始下一轮任务，CyclicBarrier更合适。
CountDownLatch的常见应用场景
- 主线程等待多个子线程完成初始化工作。 例如，应用程序启动时，主线程等待多个模块初始化完成后再继续执行。
- 测试框架中，等待所有测试用例执行完成。
CyclicBarrier的常见应用场景
- 并行计算： 将一个大任务分解成多个子任务，每个线程负责计算一部分，所有线程计算完成后，汇总结果。
- 游戏开发： 多个玩家等待所有玩家都准备好后，游戏开始。
- 机器学习： 多个worker节点并行训练模型，每个worker节点训练一部分数据，所有worker节点训练完成后，同步模型参数。
CountDownLatch的性能考量
CountDownLatch的性能瓶颈主要在于竞争。当多个线程同时调用countDown()方法时，可能会出现竞争，导致性能下降。可以使用AtomicInteger来优化计数器的递减操作，减少竞争。
CyclicBarrier的异常处理
CyclicBarrier可能会抛出InterruptedException和BrokenBarrierException异常。InterruptedException表示线程在等待过程中被中断。BrokenBarrierException表示屏障被破坏，通常是因为一个或多个线程在等待过程中抛出了异常。
CountDownLatch与FutureTask结合使用
CountDownLatch可以和FutureTask结合使用，实现更复杂的并发控制。例如，可以使用FutureTask异步执行任务，然后使用CountDownLatch等待所有任务完成。
CyclicBarrier与ExecutorService结合使用
CyclicBarrier可以和ExecutorService结合使用，方便地管理线程池中的线程。例如，可以使用ExecutorService创建线程池，然后使用CyclicBarrier等待所有线程完成任务。
CountDownLatch的局限性
CountDownLatch是一次性的，不能重用。如果需要重用，可以使用ReentrantLock和Condition来实现类似的功能。
CyclicBarrier的替代方案
在某些情况下，可以使用Phaser来替代CyclicBarrier。Phaser比CyclicBarrier更灵活，可以动态地调整参与同步的线程数量。
