CyclicBarrier、Semaphore、CountDownLatch的区别，适用场景

news2025/4/13 7:12:05

CyclicBarrier、Semaphore 和 CountDownLatch 是 Java 并发包中用于线程协作的工具类，它们虽然都与线程同步相关，但设计目的和使用场景有显著差异。以下是它们的核心区别和典型应用场景：

1. CountDownLatch

核心机制

一次性计数器：初始化时指定一个固定数值（count），线程调用 countDown() 减少计数器，其他线程通过 await() 等待计数器归零。
不可重置：计数器归零后无法重复使用。

适用场景

主线程等待子线程完成初始化：例如主线程等待所有服务启动后再处理请求。
并行任务完成后汇总结果：多个子任务并行执行，主线程等待所有子任务完成后再汇总。
模拟并发测试：通过 CountDownLatch 让所有线程同时开始执行。

特点

一次性使用：计数器归零后不可重置。
无回调机制，仅用于同步等待。

示例

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

// 子线程完成任务后调用 countDown()
executor.submit(() -> {
    doTask();
    latch.countDown();
});

// 主线程等待所有子线程完成
latch.await();

2. CyclicBarrier

核心机制

可重复使用的屏障：一组线程相互等待，直到所有线程到达屏障点后，再一起继续执行。
支持回调：可以指定一个 Runnable 任务，在所有线程到达屏障后触发。

适用场景

多阶段任务协作：例如并行计算需要分阶段处理，每个阶段需等待所有线程完成。
数据分批处理：多个线程处理数据后，在屏障点合并结果。
模拟复杂并发逻辑：如多玩家游戏的回合制同步。

特点

可重用：通过 reset() 方法重置计数器。
支持屏障后回调函数，用于统一处理阶段结果。

示例

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
    System.out.println("所有线程到达屏障点");
});

executor.submit(() -> {
    doPhase1();
    barrier.await(); // 等待其他线程
    doPhase2();
});

3. Semaphore

核心机制

资源访问控制：通过“许可证”机制限制同时访问共享资源的线程数。
支持公平/非公平模式：防止线程饥饿。

适用场景

资源池管理：如数据库连接池、线程池。
限流：控制接口的最大并发请求数。
互斥锁扩展：通过 Semaphore(1) 实现类似锁的功能（但更灵活，可跨方法释放）。

特点

动态调整：通过 acquire() 和 release() 增减许可数。
支持超时和中断响应，避免死锁。

示例

Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // 允许5个线程同时访问

void accessResource() {
    semaphore.acquire(); // 获取许可
    try {
        useResource();
    } finally {
        semaphore.release(); // 释放许可
    }
}

关键区别总结

特性	CountDownLatch	CyclicBarrier	Semaphore
重置能力	一次性，不可重置	可重复使用	可重复使用
核心目的	主线程等待子线程完成特定操作	线程相互等待到屏障点	控制资源访问的并发数
计数器方向	递减（`countDown()`）	递增（`await()`）	获取/释放许可证（`acquire()`/`release()`）
协作关系	主线程等待子线程	线程间相互等待	线程与资源之间的协调
是否支持回调	否	是（到达屏障后触发任务）	否
典型场景	主从线程同步	分阶段并行任务协同	限流、资源池管理