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Java 並發同步工具類實戰：CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、BlockingQueue

編輯：Java 程式設計入門

同步工具類分類與核心作用

封裝狀態，協調線程控制流：決定線程「等待」還是「繼續」。

工具	核心隱喻	典型場景	關鍵方法
CountDownLatch	倒計時閂鎖	主線程等待多個初始化任務完成	countDown(), await()
CyclicBarrier	循環柵欄	多線程分階段計算，階段間同步	await()
Semaphore	信號量/許可證	資源池限流 (連接池、線程池)	acquire(), release()
BlockingQueue	阻塞隊列	生產者-消費者、任務緩衝	put(), take()

1. CountDownLatch：一等多，不可重用


// 主線程等待 10 個子任務完成
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    es.execute(() -> {
        doWork();      // 耗時操作
        latch.countDown(); // 計數 -1
    });
}
latch.await(); // 阻塞直到計數歸零
System.out.println("All tasks done");
// 輸出順序：所有子任務 running → 依次 finished → 主線程 continue

特點：計數器只能遞減一次，不可重置。FutureTask 也可作為閉鎖 (get() 等待完成)。

2. Semaphore：控制並發訪問量


// 模擬 3 個數據庫連接，10 個線程競爭
Semaphore sem = new Semaphore(3); // 3 個許可證
for (int i = 0; i < 10; i++) new Thread(() -> {
    sem.acquire();           // 獲取許可，無則阻塞
    useConnection();         // 業務邏輯
    sem.release();           // 歸還許可
}).start();
// 輸出：同時只有 3 個線程在 useConnection，其餘阻塞等待

公平性：構造函數 new Semaphore(permits, true) 開啟公平模式 (FIFO)，性能稍低。

3. CyclicBarrier：大家齊聚再出發，可重用


// 5 線程分階段任務，每階段需全部到達才能進入下一階段
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5, () -> 
    System.out.println("所有線程到達柵欄，執行匯總邏輯..."));

for (int i = 0; i < 5; i++) new Thread(() -> {
    phase1(); 
    barrier.await(); // 阻塞等待
    phase2(); 
    barrier.await();
    phase3();
}).start();
// 輸出：各線程 phase1 不同步 → 到達 await 阻塞 → 最後一個到達觸發 barrierAction → 所有線程同時繼續 phase2

區別：Latch 計數歸零一次性；Barrier 到達方數可循環重用，且可選「柵欄動作」。

4. BlockingQueue：生產者-消費者基石


// 有界隊列，生產者慢消費者快 → 消費者阻塞；生產者快消費者慢 → 生產者阻塞
BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>(100);

// 生產者
new Thread(() -> {
    while (true) {
        String item = produce();
        queue.put(item); // 滿則阻塞
    }
}).start();

// 6 個消費者
for (int i = 0; i < 6; i++) new Thread(() -> {
    while (true) {
        String item = queue.take(); // 空則阻塞
        consume(item);
    }
}).start();
// 輸出：每秒生產 1 個，6 消費者輪流消費，天然負載均衡