Java中的CountDownLatch与CyclicBarrier

# 1. 介绍CountDownLatch和CyclicBarrier

## 1.1 CountDownLatch的概念和用途

在多线程编程中，CountDownLatch是一种非常有用的工具，它可以用来管理线程之间的协调和同步。CountDownLatch是一种同步辅助类，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。

通过使用CountDownLatch，我们可以实现如下场景：
- 主线程等待所有子线程完成初始化操作后再继续执行
- 线程等待某个条件满足后再继续执行

## 1.2 CyclicBarrier的概念和用途

CyclicBarrier也是一种同步辅助类，它可以用于线程间的协调和同步。不同于CountDownLatch只能触发一次的特性，CyclicBarrier可以多次重用。

CyclicBarrier常被用于如下场景：
- 主线程等待所有子线程完成任务后再继续执行
- 多个线程间等待彼此到达某个公共点后再同时执行

## 1.3 CountDownLatch和CyclicBarrier的比较

虽然CountDownLatch和CyclicBarrier都可以实现线程间的同步，但它们在实现机制和使用方式上有一些差异。

主要的区别如下：
- CountDownLatch的计数器无法重置，一旦计数器归零，就不能再使用。而CyclicBarrier的计数器可以重置，可以多次使用。
- CountDownLatch是一个等待操作，当计数器归零时，等待的线程可以被释放继续执行。而CyclicBarrier是一个等待点，线程需要等待所有其他线程到达公共点后才能继续执行。
- CountDownLatch只能触发一次，而CyclicBarrier可以多次重用。

在具体使用时，我们需要根据场景的不同来选择使用CountDownLatch还是CyclicBarrier。

# 2. CountDownLatch的详细解析

### 2.1 CountDownLatch的实现原理

CountDownLatch是Java 5并发包中的一种同步工具类，用于多个线程之间的协调和同步。它基于一个计数器的思想，可以实现类似于"任务等待其他任务完成"的功能。

实现原理如下：
- CountDownLatch内部有一个计数器，初始化时设置一个初始值，表示需要等待的任务数。
- 每个任务完成后，计数器会递减，直到计数器为0时，主线程或等待线程会被唤醒，继续执行下面的代码。

### 2.2 CountDownLatch的基本用法

CountDownLatch的基本用法分为两个步骤：

1. 初始化 CountDownLatch

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(N);

2. 等待所有任务完成

try {
    latch.await(); // 主线程或等待线程会被阻塞，直到计数器为0
    // 所有任务完成后的操作
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

在任务执行完成时，需要调用一次 `countDown()` 方法来递减计数器：

latch.countDown();

### 2.3 CountDownLatch的高级应用

CountDownLatch不仅可以实现简单的线程同步，还可以用于更复杂的场景。

一个常见的应用场景是主线程等待多个任务同时完成。示例代码如下：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    private static final int N = 3;

    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(N);

        // 创建并启动多个任务线程
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            Task task = new Task(latch);
            new Thread(task).start();
        }

        try {
            latch.await();
            System.out.println("所有任务已完成，继续执行主线程");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class Task implements Runnable {
        private final CountDownLatch latch;

        public Task(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void run() {
            // 模拟任务执行时间
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("任务完成，当前线程：" + Thread.currentThread().getId());