请比较 CountDownLatch 类与 CyclicBarrier 类的区别和联系。

参考回答**

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 都是 Java 并发包 (java.util.concurrent) 提供的线程同步工具类，它们的主要作用是协调多个线程的执行顺序。但两者的设计目的和使用方式有所不同。

详细讲解与比较

1. CountDownLatch 的工作原理与使用

• 原理：
  1. CountDownLatch 通过一个计数器控制线程的同步，计数器的初始值由构造函数指定。
  2. 每个线程在完成任务后调用 countDown() 方法，使计数器减 1。
  3. 主线程调用 await()，一直等待直到计数器减为 0，然后继续执行。
• 适用场景：
  • 一个线程等待多个线程完成任务后再执行。
  • 控制操作顺序，比如主线程在所有依赖任务完成后开始执行。

示例：任务分解与汇总

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

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

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " completed task.");
                latch.countDown(); // 计数器减 1
            }).start();
        }

        latch.await(); // 等待计数器减为 0
        System.out.println("All tasks completed. Main thread continues.");
    }
}

输出示例：

Thread-0 completed task.
Thread-1 completed task.
Thread-2 completed task.
All tasks completed. Main thread continues.

2. CyclicBarrier 的工作原理与使用

• 原理：
  1. CyclicBarrier 是一个循环屏障，线程通过调用 await() 方法进入等待状态。
  2. 当所有线程都调用 await() 并到达屏障时，屏障打开，所有线程继续执行。
  3. 支持重用：屏障会自动重置，可在下一轮任务中再次使用。
• 适用场景：
  • 多线程协同工作时，需要线程在某些阶段同步。
  • 例如并发任务分阶段执行，每个阶段所有线程需要同步后再开始下一阶段。

示例：多线程分阶段同步

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        int threadCount = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadCount, () -> {
            System.out.println("All threads reached the barrier. Proceeding to next phase.");
        });

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " reached the barrier.");
                    barrier.await(); // 等待其他线程到达屏障
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

输出示例：

Thread-0 reached the barrier.
Thread-1 reached the barrier.
Thread-2 reached the barrier.
All threads reached the barrier. Proceeding to next phase.

3. CountDownLatch 与 CyclicBarrier 的主要区别

4. 使用场景对比

5. 联系与补充

1. 实现原理：
   • 两者都基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 实现线程同步。
   • CountDownLatch 使用共享模式来减少计数器。
   • CyclicBarrier 使用独占模式实现线程屏障。
2. 组合使用：
   • CountDownLatch 和 CyclicBarrier 可以结合使用，例如主线程等待多个阶段的执行结果。

总结

在实际开发中，应根据任务的需求选择合适的工具：

• 使用 CountDownLatch 适合一次性任务汇总。
• 使用 CyclicBarrier 适合需要多阶段、循环同步的场景。

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