Java多线程面试必问：CyclicBarrier与CountDownLatch有何不同？

Java多线程面试必问：CyclicBarrier与CountDownLatch有何不同？

各位看官，闫工又来啦！今天我们要聊的是Java多线程编程中两个非常重要的类——CyclicBarrier和CountDownLatch。这两个类都是用来处理线程间同步的，但它们的用途和使用场景却大不相同。作为一个资深的Java工程师，我必须得说，这可是面试中必问的问题之一啊！所以，今天我们就来好好聊聊它们的区别以及如何正确使用它们。

什么是CyclicBarrier？

首先，我们来认识一下CyclicBarrier。它的名字里有“Cycle”和“Barrier”，翻译过来就是“循环屏障”。这个名字其实已经很直观地告诉我们它的作用了——它是一个可以重复使用的屏障，用于让多个线程在某个点上等待，直到所有线程都到达该点后才能继续执行。

想象一下，有一群人在赛跑，他们都需要在起跑线上等待，直到所有的选手都到位，裁判一声令下，大家才一起出发。CyclicBarrier的作用就是这个“起跑线”，它确保所有的线程都准备好之后才会让它们继续执行。

CyclicBarrier的核心方法

CyclicBarrier主要提供了以下几个核心方法：

• await()：这是最常用的方法，用于让当前线程等待，直到所有线程都调用该方法。
• reset()：重置屏障，使其可以被重新使用。这个方法非常有用，因为它可以让同一个CyclicBarrier对象被多次使用。

使用场景

1. 多线程任务需要同时开始：比如在并行计算中，多个线程需要同时处理数据，但只有当所有线程都准备好了才能开始。
2. 分阶段的任务执行：有时候，一个大的任务可以分为多个阶段，每个阶段都需要多个线程的参与。CyclicBarrier可以在每个阶段之间作为屏障，确保所有的线程完成前一阶段后再进入下一阶段。

示例代码

下面是一个简单的示例，展示了如何使用CyclicBarrier：

importjava.util.concurrent.CyclicBarrier;publicclassCyclicBarrierExample{publicstaticvoidmain(String[]args){intnumberOfThreads=5;CyclicBarrierbarrier=newCyclicBarrier(numberOfThreads);for(inti=0;i<numberOfThreads;i++){Threadthread=newThread(()->{System.out.println("线程 "+Thread.currentThread().getId()+" 到达屏障，等待其他线程");try{barrier.await();}catch(Exceptione){e.printStackTrace();}System.out.println("线程 "+Thread.currentThread().getId()+" 继续执行");});thread.start();}}}

在这个示例中，我们创建了一个CyclicBarrier对象，并指定了需要等待的线程数。然后，我们启动了5个线程，每个线程都会调用barrier.await()方法，直到所有线程都到达屏障后才会继续执行。

什么是CountDownLatch？

接下来，我们来认识一下CountDownLatch。它的名字里有“Count”和“DownLatch”，翻译过来就是“倒计时门闩”。这个名字也暗示了它的用途——它是一个单向的门闩，用于等待一组事件完成。

想象一下，你正在组织一个晚会，所有的演员都需要在舞台准备好之后才能开始表演。CountDownLatch的作用就是这个“准备就绪”的信号，只有当所有演员都准备好了，晚会才会开始。

CountDownLatch的核心方法

CountDownLatch主要提供了以下几个核心方法：

• await()：让当前线程等待，直到计数器变为零。
• countDown()：将计数器减1。每个完成任务的线程都会调用这个方法。
• getCount()：获取当前的计数器值。

使用场景

1. 等待一组事件完成：比如在启动一个应用程序时，需要等待所有的配置文件加载完成后才能继续执行。
2. 并行任务同步：多个线程同时执行不同的任务，只有当所有任务都完成后，主线程才会继续执行。

示例代码

下面是一个简单的示例，展示了如何使用CountDownLatch：

importjava.util.concurrent.CountDownLatch;publicclassCountDownLatchExample{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{intnumberOfThreads=5;CountDownLatchlatch=newCountDownLatch(numberOfThreads);for(inti=0;i<numberOfThreads;i++){Threadthread=newThread(()->{System.out.println("线程 "+Thread.currentThread().getId()+" 开始执行任务");try{// 模拟任务执行时间Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}latch.countDown();System.out.println("线程 "+Thread.currentThread().getId()+" 任务完成，计数器减少到 "+latch.getCount());});thread.start();}latch.await();System.out.println("所有线程都已完成，主线程继续执行");}}

在这个示例中，我们创建了一个CountDownLatch对象，并指定了需要等待的线程数。然后，我们启动了5个线程，每个线程在完成任务后都会调用latch.countDown()方法，将计数器减1。主线程会调用latch.await()方法，直到所有线程都完成任务（即计数器变为零）。

CyclicBarrier与CountDownLatch的区别

现在我们已经分别了解了CyclicBarrier和CountDownLatch的作用和使用场景，接下来我们就来比较一下它们之间的区别。

1. 功能上的区别

• CyclicBarrier：主要用于让多个线程在某个点上等待，直到所有线程都到达该点后才能继续执行。它是一个可以重复使用的屏障。
• CountDownLatch：用于等待一组事件完成，只有当所有的事件都完成后，主线程才会继续执行。它是一个单向的门闩，一旦计数器变为零后就不能再重用。

2. 是否可重用

• CyclicBarrier：可以重用。通过调用reset()方法，可以让同一个CyclicBarrier对象重新开始等待。
• CountDownLatch：不可重用。一旦计数器变为零后，不能再使用这个CountDownLatch对象，必须创建一个新的实例。

3. 触发机制

• CyclicBarrier：所有线程都调用await()方法后才会触发继续执行。
• CountDownLatch：每个线程完成任务后调用countDown()方法，当计数器变为零时才会触发继续执行。

4. 使用场景的区别

• CyclicBarrier：适用于多个线程需要同时开始执行某个任务的场景。比如并行计算、分阶段的任务执行等。
• CountDownLatch：适用于主线程需要等待一组子线程完成后再继续执行的场景。比如配置文件加载、资源初始化等。

5. 实际应用中的选择

在实际开发中，我们需要根据具体的需求来选择使用CyclicBarrier还是CountDownLatch：

• 如果是多个线程需要同时开始执行某个任务，并且可能需要多次重复这个过程，那么选择CyclicBarrier。
• 如果是主线程需要等待一组子线程完成后再继续执行，那么选择CountDownLatch。

总结

通过以上的对比分析，我们可以得出以下结论：

• CyclicBarrier：适用于多个线程同时开始任务的场景，并且可以重复使用。
• CountDownLatch：适用于主线程等待一组子线程完成的场景，不可重用。

在实际开发中，我们需要根据具体的需求来选择合适的同步工具。如果需要让多个线程同时开始任务，那么CyclicBarrier是一个更好的选择；如果需要主线程等待一组子线程完成后再继续执行，那么CountDownLatch会更加合适。

希望这篇文章能够帮助你更好地理解CyclicBarrier和CountDownLatch的区别，并在实际开发中做出正确的选择。

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