J.U.C之AQS之 CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier_7-2 j.u.c之aqs-semaphore

J.U.C之AQS - 介绍

J.U.C(java.util.concurrent)在jdk1.5引入，引入J.U.C大大提高了java的并发性能，AQS（AbstractQueuedSynchronizer的缩写） 可以认为是J.U.C的核心，AQS 可以说是并发类中的重中之重，AQS 提供了基于firstIn，firstOut队列，这个队列可以用来构建锁或者其他相关的同步装置的基础框架

AQS底层是双向链表，是队列的一种实现，也可以当做队列，其中，Sync queue 是双向链表，其中包括head节点，tail节点，condition queue 不是必须的，condition queue 是个单项链表，只有当程序需要使用condition时，才会创建condition queue ，并且可能会有多个condition queue

AQS 的设计

（1）、使用Node实现FIFO队列，可以用于构建锁或者其他同步装置的基础框架
（2）、利用了一个int类型表示状态（在AQS类中有个stack成员变量，基于AQS有个同步组件ReentrantLock,stack表示获取锁的线程数，0表线程还没有获取锁，1表示已经有线程获取了锁，大于1表示重入锁的数量；）
（3）、使用方法是继承，AQS设计是基于模板方法，使用时，需要继承AQS，并且复写其中的方法。
（4）、子类通过继承并通过实现它的方法管理其状态{acquire和release}的方法操纵状态；
（5）、可以同时实现排他锁和共享锁模式（独占、共享）（站着使用者角度，AQS功能主要分为两类：独占功能和共享功能，要么实现独占功能，要么实现共享锁功能，而不会同时使用独占和共享功能）

AQS实现思路

首先AQS内部维护了一个clh队列来管理锁，线程首先尝试获取锁，如果失败，就将当前线程已经等待的信息包装成一个Node节点，加入到同步队列syn queue 中，接着不断循环尝试获取锁，条件是当前节点head,直接后进才会尝试，如果失败就会阻塞自己，只到自己被唤醒，而当持有锁线程释放锁时，会唤醒队列中的后进线程，基于这些基础的设计和思路，jkd提供了很多基于AQS的子类，即常用的同步组件：
1、CountDownLacth ：是闭锁，通过计数来保证线程是否一直阻塞
2、Semaphore ：可以控制同一时间并发线程的数目
3、CyclicBarrier
4、ReentrantLock
5、Condition
6、FutureTask

同步组件 - CountDownLacth

CountDownLacth 是同步辅助类，通过它可以完成类似于阻塞当前线程的功能，换句话说，就是一个线程一直处于等待状态，只到其他的线程执行的操作完成。CountDownLacth用了一个给定的计数器来进行初始化，这个计数器是原子操作，就是同一时刻只能有一个线程操作该计数器，计数器是不能被重置的，只能用一次。

CountDownLatch

1. 当前计数器的值为3;
2. 线程a 调用了await()方法后，当前线程进入等待状态awaiting;
3. 其他线程每次执行countDown()方法时，计数器就会减一，比如：线程1调用countDown()方法，计数器值为2，然后其他不停的执行，
4. 直到计数器为0时，线程a 才继续执行。

CountDownLatch使用场景：
在某些场景中，程序执行需要等待某个条件后，才能执行后续的操作，典型的应用：并行运算，当某个处理任务很大时，可以把一个大的计算拆分为多个并行执行的子任务，当所有子任务计算都完成时，在将子任务运算结果组装成最终结果。

例子1：

执行结果：

例子2：

执行结果：

同步组件 - Semaphore

可以控制并发访问个数，Semaphore 也有两个核心方法，acquire()和release() ，acquire()是获取一个可以运行的许可，release()则是在操作完成后释放一个许可出来，Semaphore 通过同步机制，来控制同步访问的个数，

Semaphore使用场景
Semaphore常用于仅能提供有限的资源，比如连接数据库，这里可以控制连接数据库数量，以防止数据库因连接过多，导致异常
例子1：

执行结果：每一秒输出一段

例子2：

例子3：

执行结果：

例子：

执行结果：执行5次输出，后续线程丢弃

尝试获取许可方法：

tryAcquire()：尝试获取1个许可，获取不到直接丢弃线程
tryAcquire(int permits)： 尝试获取permits个许可，获取不到直接丢弃线程
tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)： 尝试获取permits个许可，并设置超时时间
tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)：尝试获取许可，并设置超时时间

同步组件 - CyclicBarrier

CyclicBarrier 也是同步辅助类，允许一组线程相互等待，只到到达某个公共的屏障点（common barrier point）,通过CyclicBarrier 可以完成多个线程的相互等待，只有当所有线程都就绪后才能各自继续执行下面的操作，CyclicBarrier 与CountDownLatch 有些相似的地方，都是通过计数器实现。
当某个线程调用await()方法，计数器加一，当计数器的值达到了我们设置的初始值时，因调用await()方法处于等待状态的线程会被唤醒，继续执行后续操作。
由于CyclicBarrier 释放后可以重用，所以也称为循环屏障。

CyclicBarrier 使用场景：
也可以用于多线程计算数据，最后合并结果的场景

CyclicBarrier 与CountDownLatch 区别：
（1）、CountDownLatch 计数器只能使用一次，CyclicBarrier 计数器用reset方法重置，循环使用
（2）、CountDownLatch，描述的是一个或N个线程等待其他线程的关系（等待完成某项操作，强调完成某项操作），CyclicBarrier，各个线程之间内部相互等待的关系。（所有的线程必须全部到达栅栏位置，才继续执行，强调线程）。

例子1：

执行结果：

例子2：

执行结果：捕捉抛出的异常后，但是可以继续执行下面的代码

正常应该捕获3个异常

注意，如果想保证代码正常执行，一定要保证不能抛出异常，或者将异常捕获，才能继续执行后续代码

例子3：

执行结果：