1.引言
从Java的最初版本开始，就可以利用Java来进行多线程编程。正因为Java从最早的版本就支持多线程编程，程序员们才能够利用Java强大的多线程机制来实现并发任务的执行。然而，多线程编程虽然强大，却也带来了一系列潜在的问题和挑战。
假设有一个共享的咖啡机，多个同事在办公室中使用它来冲泡咖啡。这里就存在着典型的多线程问题：
- 竞态条件（Race Condition）：多个同事同时按下冲泡按钮，如果没有适当的控制和同步机制，可能会导致咖啡机出现异常行为，比如一次性冲出过多的咖啡或者没有冲出咖啡。
- 死锁（Deadlock）：例如，如果两个同事分别占用了添加水和放置咖啡粉的步骤，但互相等待对方完成，那么咖啡机就无法继续工作了。
- 数据同步（Data Synchronization）：确保每个同事知道何时该添加水、何时该放置咖啡粉，以及何时可以开始冲泡，从而避免出现混乱或资源争夺的情况。
2.并发引出的问题
并发引发问题的根源归咎于三个方面：
（1）可见性: CPU缓存引起
可见性：一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到。
举个简单的例子，看下面这段代码：
//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;
//线程2执行的代码
j = i;在多线程环境下，如果线程1对变量i进行了修改，但由于CPU缓存的存在，这个修改可能并不会立即被其他线程（比如线程2）所看到。这样，在线程2执行j = i;时，它可能读取到的是旧的i的值，而不是线程1修改后的新值。
（2）原子性: 分时复用引起
原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。 经典的转账问题：比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。 试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。然后又从B取出了500元，取出500元之后，再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元。 所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
（3）有序性: 重排序引起
有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子，看下面这段代码：
int i = 0;
boolean flag = false;
i = 1; //语句1
flag = true; //语句2上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗? 不一定，为什么呢? 这里可能会发生指令重排序。
3.CountDownLatch和CyclicBarrier如何让多线程步调一致
在多线程编程中，有时我们需要让多个线程协同工作，以便在某个点上保持步调一致。Java中的CountDownLatch和CyclicBarrier就是用来实现这一目的的两个重要工具。
（1）CountDownLatch
实现原理:
CountDownLatch是一个计数器，它允许一个或多个线程等待一组操作完成。其基本思想是，一个线程或多个线程在执行任务时，需要等待其他线程都执行完毕后才能继续执行。CountDownLatch通过一个计数器来实现，当计数器为0时，等待的线程可以继续执行。
这段代码演示了使用CountDownLatch来实现多个线程之间的协同工作，确保它们按照预期顺序执行。
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 初始化计数器为3
Runnable task = () -> {
// 执行一些操作
latch.countDown(); // 操作完成后将计数器减1
};
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(task).start(); // 启动3个线程执行任务
}
latch.await(); // 等待计数器变为0
System.out.println("所有操作已完成，多线程步调一致！");
}
}当3个线程都调用了countDown之后，主线程从await返回，并输出"所有操作已完成，多线程步调一致！
（2）CyclicBarrier
实现原理:
字面意思回环栅栏，通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。
这段代码演示了如何使用CyclicBarrier来实现多个线程在一个屏障点进行等待，并在达到该位置后同时继续执行后续操作。CyclicBarrier常用于多个线程协同工作，并且需要在某个点上实现同步，在实际场景中可以用于控制多线程分阶段执行任务的情况。
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
System.out.println("所有线程已到达栅栏位置，开始执行后续操作！");
});
Runnable task = () -> {
try {
// 执行一些操作
barrier.await(); // 等待其他线程到达栅栏位置
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
};
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(task).start(); // 启动3个线程执行任务
}
}
}4.总结
CountDownLatch 和 CyclicBarrier 都是 Java 多线程编程中用于控制多个线程协同工作的工具，但它们之间有一些关键的区别，用法的区别如下：CountDownLatch 主要用来解决一个线程等待多个线程的场景，可以类比旅游团团长要等待所有的游客到齐才能去下一个景点；而CyclicBarrier 是一组线程之间互相等待，更像是几个驴友之间不离不弃。
（1）功能不同:
- CountDownLatch 用于让一个或多个线程等待其他线程完成操作，达到某个条件后再继续执行。
- CyclicBarrier 则用于让多个线程在指定位置处进行等待，然后同时继续执行。
（2）重用性:
- CountDownLatch 是一次性的，一旦计数器变为0，就不能再重置使用。
- CyclicBarrier 可以被重复使用，当所有线程都到达屏障点后，可以选择重置栅栏来进行下一轮等待。
（3）回调操作:
- CountDownLatch 没有提供回调操作的机制。
- CyclicBarrier 可以在所有线程到达屏障点后执行指定的合并操作。
（4）适用场景:
- CountDownLatch 适用于一组线程需要等待另一组线程执行完毕后再执行的情况，或者等待某些条件满足后再继续执行。
- CyclicBarrier 适用于多个线程需要在特定点同步，并且在这一点上需要同时继续执行后续操作的情况。
总的来说，CountDownLatch的适用场景更倾向于等待其他线程的任务完成，而CyclicBarrier更适用于多个线程在特定位置同步后继续执行。两者都是非常有用的并发控制工具，能够帮助程序员更加灵活地管理多线程任务的执行顺序。
