CyclicBarrier, CountDownLatch, ExecutorService在多核CPU计算大列表整数和时应用

2023 年 10 月 26 日

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在Java并发编程中，CyclicBarrier、CountDownLatch和ExecutorService是常用的工具，它们可以帮助我们更好地管理和控制多线程任务。当我们需要在多核CPU上计算大列表整数的总和时，这些工具可以发挥重要作用。

首先，让我们来看看这些工具是如何运作的。

CyclicBarrier：它允许一组线程互相等待直到所有线程都达到一个公共屏障点。当最后一个线程达到屏障点时（通过调用await()方法），所有等待的线程都将被释放，并且CyclicBarrier将被重置以便下次使用。
CountDownLatch：它允许一或多个线程等待直到其他一组执行任务完成。每完成一个任务就调用countDown()方法使计数器减1；当计数器值为0时，则表示所有任务已经完成了。
ExecutorService：这是Java提供的关于运行可执行任务（Runnable或Callable）生命周期管理接口。你可以创建固定数量或者可缓存数量的ThreadPool来并行处理你需要执行大量小型、短生命周期异步子任务场景下使用。

现在假设有个需求要求我们对一个非常大列表中整数进行求和操作，并且希望能够利用现代CPU上核心数量进行并行处理以提高效率，在此场景下，我们可以使用以上工具来实现。

首先，我们可以使用ExecutorService来创建一个固定大小的线程池，线程池的大小通常设置为CPU核心数量。然后将大列表分割成多个小列表，并将每个小列表分配给一个线程进行处理。每个线程负责计算其所分配的小列表中整数的总和。

然后，在每个子任务完成计算之后，我们需要一种机制来通知主任务所有子任务已经完成，并且可以进行最终结果合并了。这就是CountDownLatch发挥作用之处：在主任务中创建一个CountDownLatch，并设置其初始值为子任务数量；在每个子任务结束时调用countDown()方法；在主程序中调用await()方法等待所有子程序结束。

最后，在所有并行计算都完成之后（即CountDownLatch值为0），主程序就能够安全地合并各自结果了。

但是如果你希望这种求和操作能够循环执行多次呢？这时候CyclicBarrier就派上用场了：你只需要把CyclicBarrier设定成与CPU核心数一样大（或者与你希望同时运行求和操作的次数一样），那么当所有求和操作都执行完毕时（即当await()被调用足够多次以达到设定值），CyclicBarrier会自动重置并允许新一轮求和操作开始运行。

总的来说，CyclicBarrier、CountDownLatch和ExecutorService这三个工具在处理并发编程问题时各有其用途和优势。在处理大列表整数求和这样的问题时，它们可以帮助我们更好地利用多核CPU的并行计算能力，提高程序运行效率。