多线程并发控制方法

等待多线程完成

场景：我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要提示解析完成。在这个需求中，要实现主线程等待所有线程完成sheet的解析操作。

使用join

代码实例如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread parser1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
            }
        });

        Thread parser2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("parser2 finish");
            }
        });

        parser1.start();
        parser2.start();
        parser1.join();
        parser2.join();
        System.out.println("all parser finish");
    }

join用于让当前执行线程等待join线程执行结束。其实现原理是不停检查join线程是否存活，如果join线程存活则让当前线程永远等待。
join的代码如下

public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

当线程处于运行状态时，isAlive返回true。
wait（0）表示永远在调用join的线程上等待下去。直到join线程中止后，线程的this.notifyAll()方法会被调用，调用notifyAll()方法是在JVM里实现的。

使用CountDownLatch

public class CountDownLatchTest {

    static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(1);
                latch.countDown();
                System.out.println(2);
                latch.countDown();
            }
        }).start();

        latch.await();
        System.out.println("3");
    }
}

等待多线程在一点同时执行

CyclicBarrier

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

CyclicBarrier初始化时规定一个屏障拦截的线程数量，然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。
CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数， 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。

实例代码如下：

public class TestCyclicBarrier {

    private static final int THREAD_NUM = 5;

    public static class WorkerThread implements Runnable {

        CyclicBarrier barrier;

        public WorkerThread(CyclicBarrier b) {
            this.barrier = b;
        }

        @Override
        public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            try {
                System.out.println("Worker's waiting");
                //线程在这里等待，直到所有线程都到达barrier。
                barrier.await();
                System.out.println("ID:" + Thread.currentThread().getId() + " Working");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(THREAD_NUM, new Runnable() {
            //当所有线程到达barrier时执行
            @Override
            public void run() {
                // TODO Auto-generated method stub
                System.out.println("Inside Barrier");

            }
        });

        for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {
            new Thread(new WorkerThread(cb)).start();
        }
    }

}

CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。例如，如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程重新执行一次。

控制并发访问特定资源的线程数量

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量。

public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire();
                        System.out.println("save data");
                        s.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }

        threadPool.shutdown();
    }
}

为了创建信号量，必须使用可选的公平策略来确定许可的数量。任务通过调用信号量acquire（） 方法来获得许可，可通过调用信号量的release（）方法来释放许可。一旦获得许可，信号量中可用许可的数量减一。一旦释放，信号量的可用许可的总数加1。

Semaphore vs 线程池

线程池控制的是线程数量，而信号量控制的是并发数量，

信号量的调用，当达到数量后，线程还是存在的，只是被挂起了而已。而线程池，同时执行的线程数量是固定的，超过了数量的只能等待。
线程池是线程复用的；信号量是线程同步的。

两个线程之间交换数据使用Exchanger

当线程A调用Exchange对象的exchange()方法后，他会陷入阻塞状态，直到线程B也调用了exchange()方法，然后以线程安全的方式交换数据，之后线程A和B继续运行。

public class ExchangerTest {
    private static volatile boolean isDone = false;

    static class ExchangerProducer implements Runnable {
        private Exchanger<Integer> exchanger;
        private static int data = 1;

        ExchangerProducer(Exchanger<Integer> exchanger) {
            this.exchanger = exchanger;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (!Thread.interrupted() && !isDone) {
                for (int i = 1; i <= 3; i++) {
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                        data = i;
                        System.out.println("producer before: " + data);
                        data = exchanger.exchange(data);
                        System.out.println("producer after: " + data);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                isDone = true;
            }
        }
    }

    static class ExchangerConsumer implements Runnable {
        private Exchanger<Integer> exchanger;
        private static int data = 0;

        ExchangerConsumer(Exchanger<Integer> exchanger) {
            this.exchanger = exchanger;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (!Thread.interrupted() && !isDone) {
                data = 0;
                System.out.println("consumer before : " + data);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    data = exchanger.exchange(data);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("consumer after : " + data);
            }
        }
    }

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        Exchanger<Integer> exchanger = new Exchanger<Integer>();
        ExchangerProducer producer = new ExchangerProducer(exchanger);
        ExchangerConsumer consumer = new ExchangerConsumer(exchanger);
        exec.execute(producer);
        exec.execute(consumer);
        exec.shutdown();
        try {
            exec.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}