java多線程CountDownLatch與線程池ThreadPoolExecutor/ExecutorService案例

1、CountDownLatch:

一個同步工具類,它允許一個或多個線程一直等待,直到其他線程的操作執行完後再執行。

2、ThreadPoolExecutor/ExecutorService:

線程池,使用線程池可以復用線程,降低頻繁創建線程造成的性能消耗,同時對線程的創建、啟動、停止、銷毀等操作更簡便。

3、使用場景舉例:

年末公司組織團建,要求每一位員工周六上午8點到公司門口集合,統一乘坐公司所租大巴前往目的地。

在這個案例中,公司作為主線程,員工作為子線程。

4、代碼示例:

package com.test.thread;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/** 
 * @author javaloveiphone
 * @date 創建時間:2017年1月25日 上午10:59:11 
 * @Description: 
 */
public class Company {
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  //員工數量
  int count = 5;
  //創建計數器
  //構造參數傳入的數量值代表的是latch.countDown()調用的次數
  CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);
  //創建線程池,可以通過以下方式創建
  //ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1,1,60,TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(count));
  ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(count);
  System.out.println("公司發送通知,每一位員工在周六早上8點到公司大門口集合");
  for(int i =0;i<count ;i++){
   //將子線程添加進線程池執行
   Thread.sleep(10);
   threadPool.execute(new Employee(latch,i+1));
  }
  try {
   //阻塞當前線程,直到所有員工到達公司大門口之後才執行
   latch.await();
   // 使當前線程在鎖存器倒計數至零之前一直等待,除非線程被中斷或超出瞭指定的等待時間。
   //latch.await(long timeout, TimeUnit unit)
   System.out.println("所有員工已經到達公司大門口,大巴車發動,前往活動目的地。");
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }finally{
   //最後關閉線程池,但執行以前提交的任務,不接受新任務
   threadPool.shutdown();
   //關閉線程池,停止所有正在執行的活動任務,暫停處理正在等待的任務,並返回等待執行的任務列表。
   //threadPool.shutdownNow();
  }
 }
}
//分佈式工作線程
class Employee implements Runnable{
 private CountDownLatch latch;
 private int employeeIndex;
 public Employee(CountDownLatch latch,int employeeIndex){
  this.latch = latch;
  this.employeeIndex = employeeIndex;
 }
 @Override
 public void run() {
  try {
   System.out.println("員工:"+employeeIndex+",正在前往公司大門口集合...");
   Thread.sleep(10);
   System.out.println("員工:"+employeeIndex+",已到達。");
  } catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
  }finally{
   //當前計算工作已結束,計數器減一
   latch.countDown(); 
   try {
    Thread.sleep(10);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   //執行coutDown()之後,繼續執行自己的工作,不受主線程的影響
   System.out.println("員工:"+employeeIndex+",吃飯、喝水、拍照。");
  }
 }
}

打印輸出結果如下:

公司發送通知,每一位員工在周六早上8點到公司大門口集合
員工:1,正在前往公司大門口集合...
員工:1,已到達。
員工:2,正在前往公司大門口集合...
員工:2,已到達。
員工:1,吃飯、喝水、拍照。
員工:3,正在前往公司大門口集合...
員工:2,吃飯、喝水、拍照。
員工:3,已到達。
員工:4,正在前往公司大門口集合...
員工:3,吃飯、喝水、拍照。
員工:4,已到達。
員工:5,正在前往公司大門口集合...
員工:4,吃飯、喝水、拍照。
員工:5,已到達。
所有員工已經到達公司大門口,大巴車發動,前往活動目的地。
員工:5,吃飯、喝水、拍照。

註意:

每一個員工到達之後,執行countDown()方法,直到所有員工到達之後,計數器為0,主線程才會繼續執行。

但子線程執行瞭countDown()方法,之後會繼續自己的工作,比如上面的【吃飯、喝水、拍照】,是不受主線程是否阻塞、其它線程是否已經執行countDown()方法的影響的。

5、CountDownLatch與CyclicBarrier的對比可以看:

java多線程CyclicBarrier使用示例,讓線程起步走

補充:CountDownLatch踩過的坑

線上生產環境dubbo報線程池滿瞭,經過一天排查鎖定在開三個線程計算最後合並數據的步驟中。簡單描述下該步驟線程開三個 調用三個不同的方法 使用countdownlatch 計數器等待三個方法全部執行完成 合並數據。

但是由於其中一個方法調用第三方接口,接口返回異常導致轉換數據報錯。導致其中一個方法未正常完成。

舉例demo:

public static void main(String[] args) {
 ExecutorService executorService =Executors.newFixedThreadPool(3);
 CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(3);
 executorService.execute(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   /*try {
    function1();
   } catch (Exception e) {
    //異常處理
    e.printStackTrace();
   }
   finally {
    cdl.countDown();
   }*/
   function1();
  }
 });
 executorService.execute(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   function2();
   cdl.countDown();
  }
 });
 executorService.execute(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   function3();
   cdl.countDown();
  }
 });
 try {
  cdl.await();
  //cdl.await(20,TimeUnit.SECONDS);
  System.out.println("三個執行線程結束");
 } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
  System.out.println("執行線程異常");
 }
 finally {
  executorService.shutdown();
  System.out.println("執行線程關閉");
 }
}
private static void function1(){
 int i = 10/0;
 System.out.println("方法一");
}
private static void function2(){
 System.out.println("方法二");
}
private static void function3(){
 System.out.println("方法三");
}

方法一拋出異常,但是沒有做異常處理導致不會執行線程關閉步驟,是不是和想象中不一樣,一開始我也是懵,看瞭一下CountDownLatch原理就很好理解瞭,

“CountDownLatch是通過一個計數器來實現的,計數器的初始化值為線程的數量。每當一個線程完成瞭自己的任務後,計數器的值就相應得減1。當計數器到達0時,表示所有的線程都已完成任務,然後在閉鎖上等待的線程就可以恢復執行任務。”【1】

舉一個現實中例子就是:CountDownLatch 就像跑步比賽中的裁判,三個方法就是就是三位運動員,運動員2,3都已經到達終點,但是運動員1摔倒瞭,動不瞭。裁判員隻看到兩位運動員到達終點不能宣佈比賽結束,所以一直等。。。

就像這樣的場景導致線上service執行線程阻塞,接口調用次數累計導致dubbo線程滿瞭(跟dubbo線程模型有關,有時間具體談談這一點)

知道原因瞭,就要考慮怎麼修改

比賽不能無限期等,所以比賽必須在有限時間內結束,所以使用

public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
 throws InterruptedException {
 return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}

線程內部也許要增加異常處理

executorService.execute(new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
  try {
   function1();
  } catch (Exception e) {
   //異常處理
   e.printStackTrace();
  }
  finally {
   cdl.countDown();
  }
  // function1();
 }
});

修改後demo

public static void main(String[] args) {
 ExecutorService executorService =Executors.newFixedThreadPool(3);
 CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(3);
 executorService.execute(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   try {
    function1();
   } catch (Exception e) {
    //異常處理
    e.printStackTrace();
   }
   finally {
    cdl.countDown();
   }
   // function1();
  }
 });
 executorService.execute(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   function2();
   cdl.countDown();
  }
 });
 executorService.execute(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   function3();
   cdl.countDown();
  }
 });
 try {
  // cdl.await();
  cdl.await(20,TimeUnit.SECONDS);
  System.out.println("三個執行線程結束");
 } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
  System.out.println("執行線程異常");
 }
 finally {
  executorService.shutdown();
  System.out.println("執行線程關閉");
 }
}
private static void function1(){
 int i = 10/0;
 System.out.println("方法一");
}
private static void function2(){
 System.out.println("方法二");
}
private static void function3(){
 System.out.println("方法三");
}

執行結果

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以上為個人經驗,希望能給大傢一個參考,也希望大傢多多支持WalkonNet。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教。