countdownlatch和semaphore

CountDownLatch和Semaphore：并发工具面试题深度拆解

大家好，今天咱们来聊聊面试中高频出现的并发工具：CountDownLatch 和 Semaphore。这两个家伙都属于java.util.concurrent包里的“利器”，名字听着唬人，但理解了机制其实很清晰。面试官最爱问它们的区别和适用场景，搞明白了，能让你在并发题上轻松过关！

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CountDownLatch：一次性的“倒计时门闩”

想象一个场景：你组织了一场王者荣耀开黑，需要等5个队友都确认“准备好了”，才能一起点“开始匹配”。CountDownLatch 干的就是这个协调的活儿！

核心机制： 初始化时设定一个计数器（比如new CountDownLatch(5)）。每当一个任务完成，就调用countDown()，计数器减1。调用await()的线程（比如主线程）会阻塞，直到计数器减到0才放行。
关键特点：
- 一次性： 计数器归零后，再调用await()会立刻放行，无法重置复用。想再用？new一个新的。
- 主等子： 通常是主线程（或协调者）在await()，等待一组工作线程完成任务（调用countDown()）。
- 不可增加： 计数器只能减，不能加。
典型面试场景：
- “启动服务时，如何确保所有依赖的组件都初始化完成再对外提供服务？”
- “多线程计算一个大任务，如何等所有子任务都算完再汇总结果？”
- “模拟并发压测，怎么让所有用户线程在同一时刻开始发起请求？”（主线程调用countDownLatch.countDown()作为发令枪）

// 伪代码口述思路：
// 1. main线程创建CountDownLatch(5)
// 2. 启动5个工作线程，每个线程干完活就latch.countDown()
// 3. main线程调用latch.await()，等5个都完成
// 4. 5个都countDown后，main线程解除阻塞，继续执行汇总逻辑

Semaphore：灵活的“资源许可证管理器”

再想象一个场景：小区里只有3个充电桩，却有10辆电动车要充电。Semaphore 就是管理这3个充电桩的“物业”。

核心机制： 初始化时指定许可证（permits）数量（比如new Semaphore(3)）。线程想访问共享资源，必须先调用acquire()申请一个许可证（如果没有空闲的，线程就阻塞等待）。用完后，必须调用release()归还许可证，以便其他线程使用。
关键特点：
- 可复用： 许可证可以循环使用（acquire -> release -> acquire -> release ...）。
- 控制并发量： 核心功能！限制同时访问某一资源的线程数。比如数据库连接池、限流。
- 可增减： 初始化后，可以通过release()增加许可（虽然不常用），也可以通过构造方法或reducePermits减少（需小心）。
- 公平/非公平： 构造方法可以选择是否是公平锁（影响线程获取许可证的顺序）。
典型面试场景：
- “如何实现一个线程安全的、固定大小的数据库连接池？”
- “系统接口要限流，每秒最多处理100个请求，怎么实现？”
- “有10个打印任务，但只有2台打印机，如何控制？”
- “对比Semaphore和线程池，它们都能限制并发数，区别在哪？”（线程池管理的是工作线程本身的生命周期和任务队列；Semaphore只控制并发访问资源的入口数量，不管理线程。）

// 伪代码口述思路（连接池）：
// 1. 初始化Semaphore(10) // 假设10个连接
// 2. 线程想获取连接：先semaphore.acquire() // 申请许可证，没许可证就等
// 3. 拿到许可证后，从池里取一个真实连接用
// 4. 用完连接，放回池里
// 5. 调用semaphore.release() // 归还许可证，让其他线程能用

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核心差异一目了然

简单记：CountDownLatch是“等大家干完活开会”；Semaphore是“名额有限，先到先得，用完归还”。

面试官可能会怎么追问？

CountDownLatch 能代替 join() 吗？为什么更好？
- 能。比 join() 更灵活，join()必须等线程结束，CountDownLatch只要任务完成就能countDown()，线程不一定结束。而且可以等待多个不同的线程组。
Semaphore 的 acquire() 和 release() 数量必须严格匹配吗？
- 强烈建议匹配！ 不匹配会导致：
  - acquire() 多了：许可证变负数，后续线程阻塞，可能死锁。
  - release() 多了：许可证总数变多，可能超过你期望的限制，导致过度并发。切记在finally块中释放！
怎么用 Semaphore 实现互斥锁 (Mutex)？
- 初始化 Semaphore(1)。acquire()相当于lock()，release()相当于unlock()。这就是一个非公平的互斥锁。
CyclicBarrier 和 CountDownLatch 有啥区别？
- CountDownLatch：主等子，一次性，计数器单向减。
- CyclicBarrier：子等子（所有线程互相等），可循环使用(reset())，计数器内部重置，到达屏障点可以执行一个可选任务（Runnable）。

面试技巧：如何清晰表达

被问到区别时，不要死背概念。结合具体例子：

“CountDownLatch 就像火箭发射前的检查，要等所有系统（引擎、导航、通信…）都回报‘Ready’（countDown()），总控台（await()）才点火发射。是一次性的协作。

Semaphore 更像停车场入口的闸机，总共50个车位（permits=50）。车来了要拿卡（acquire()）才能进，没卡等；车走了要还卡（release()）让别的车进。它控制的是同时停车的数量，闸机（Semaphore）可以一直用。”

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