并发工具类：如何在JDK 8、17与21中使用CountDownLatch、Semaphore和CyclicBarrier？

粉丝提问：

在Java并发编程中，CountDownLatch、Semaphore和CyclicBarrier是常见的同步工具。它们在JDK 8、17和21中有何差异？如何正确使用它们？

本文将为你全面解析这些工具类的原理、使用方法及其在不同Java版本中的优化点，助你轻松解决并发任务中的同步问题。

---

作者简介

猫头虎是谁？

大家好，我是 猫头虎，猫头虎技术团队创始人，也被大家称为猫哥。我目前是COC北京城市开发者社区主理人、COC西安城市开发者社区主理人，以及云原生开发者社区主理人，在多个技术领域如云原生、前端、后端、运维和AI都具备丰富经验。

我的博客内容涵盖广泛，主要分享技术教程、Bug解决方案、开发工具使用方法、前沿科技资讯、产品评测、产品使用体验，以及产品优缺点分析、横向对比、技术沙龙参会体验等。我的分享聚焦于云服务产品评测、AI产品对比、开发板性能测试和技术报告。

目前，我活跃在CSDN、51CTO、腾讯云、阿里云开发者社区、华为云开发者社区、知乎、微信公众号、视频号、抖音、B站、小红书等平台，全网粉丝已超过30万。我所有平台的IP名称统一为猫头虎或猫头虎技术团队。

我希望通过我的分享，帮助大家更好地掌握和使用各种技术产品，提升开发效率与体验。

---

作者名片 ✍️

• 博主：猫头虎
• 全网搜索关键词：猫头虎
• 作者微信号：Libin9iOak
• 作者公众号：猫头虎技术团队
• 更新日期：2024年12月16日
• 🌟 欢迎来到猫头虎的博客 — 探索技术的无限可能！

---

加入我们AI共创团队 🌐

• 猫头虎AI共创社群矩阵列表：
  • 点我进入共创社群矩阵入口
  • 点我进入新矩阵备用链接入口

加入猫头虎的共创圈，一起探索编程世界的无限可能！ 🚀

---

正文

---

一、并发工具类基础概念

1. CountDownLatch

作用：允许一个线程等待多个线程完成任务后再继续执行。
典型场景：启动多个线程并等待它们完成初始化。

2. Semaphore

作用：控制同时访问特定资源的线程数量。
典型场景：限制访问某个资源的并发线程数，例如数据库连接池。

3. CyclicBarrier

作用：让一组线程到达同步点后再一起继续执行。
典型场景：实现多线程协同工作，例如并行任务分块计算。

---

二、各工具类在JDK 8、17和21中的优化点

工具类	JDK 8	JDK 17	JDK 21
CountDownLatch	基本功能实现	性能优化：减少竞争锁	集成虚拟线程更高效
Semaphore	基础信号量实现	增加公平性支持	与虚拟线程兼容性提升
CyclicBarrier	基础同步实现	增强异常处理	性能提升：通过虚拟线程实现大规模并发

---

三、工具类的使用与示例

1. CountDownLatch 示例：多线程初始化

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadCount = 3;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 初始化完成");
                latch.countDown(); // 每个线程完成后减少计数
            }).start();
        }

        latch.await(); // 等待所有线程完成
        System.out.println("所有线程初始化完成，继续执行主任务");
    }
}

2. Semaphore 示例：限制资源访问

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreExample {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(2); // 允许同时访问的线程数为2

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire(); // 获取许可
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取资源");
                    Thread.sleep(1000); // 模拟资源使用
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release(); // 释放许可
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放资源");
                }
            }).start();
        }
    }
}

3. CyclicBarrier 示例：并发任务分块计算

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        int parties = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(parties, () -> System.out.println("所有线程已到达屏障，开始下一步"));

        for (int i = 0; i < parties; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行任务");
                    Thread.sleep(1000); // 模拟任务执行
                    barrier.await(); // 等待其他线程
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

---

四、JDK 21中虚拟线程的优势

在JDK 21中，虚拟线程的引入显著提升了上述工具类的并发性能：

• CountDownLatch 与虚拟线程：支持大规模线程同步，减少线程资源消耗。
• Semaphore 与虚拟线程：避免传统线程池管理带来的资源浪费。
• CyclicBarrier 与虚拟线程：更适合超高并发的任务分解与协同。

虚拟线程的结合示例：CountDownLatch

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.Executors;

public class VirtualThreadCountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadCount = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);

        var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            executor.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 虚拟线程任务完成");
                latch.countDown();
            });
        }

        latch.await();
        System.out.println("所有虚拟线程任务完成");
        executor.close();
    }
}

---

五、常见问题 Q&A

Q：虚拟线程是否完全替代传统线程？
A：虚拟线程在高并发任务中表现出色，但对于重计算任务，仍需传统线程池支持。

Q：CyclicBarrier 与 Semaphore 的选择标准是什么？
A：CyclicBarrier 适用于任务协同，Semaphore 用于资源访问限制。根据具体场景选择。

---

六、总结与趋势展望

趋势展望：
JDK 21中的虚拟线程将彻底改变并发编程方式：

• 大规模线程管理变得更简单。
• 并发工具类性能显著提升。
• 开发者可以更专注于业务逻辑而非线程管理。

更多Java技术干货，欢迎加入猫头虎的AI技术社群，与60万开发者共同成长！

粉丝福利

---

👉 更多信息：有任何疑问或者需要进一步探讨的内容，欢迎点击文末名片获取更多信息。我是猫头虎，期待与您的交流！ 🦉💬

🌐 第一板块：

• 链接：[直达链接]https://zhaimengpt1.kimi.asia/list

💳 第二板块：最稳定的AI全平台可支持平台

• 链接：[粉丝直达链接]https://bewildcard.com/?code=CHATVIP
  
  

---

联系我与版权声明 📩

• 联系方式：
  • 微信: Libin9iOak
  • 公众号: 猫头虎技术团队
• 版权声明：
  本文为原创文章，版权归作者所有。未经许可，禁止转载。更多内容请访问猫头虎的博客首页。

---

点击✨⬇️下方名片⬇️✨，加入猫头虎AI共创社群，交流AI新时代变现的无限可能。一起探索科技的未来，共同成长。🚀