一、JUC工具类概览

在Java多线程开发中，单纯使用基础的synchronized和volatile已难以应对复杂场景。JUC包提供的并发工具类就像多线程编程中的"瑞士军刀"，它们通过更高层次的抽象，解决了线程同步、资源控制等核心问题。这些工具类分为三大类型：
- 同步控制器（如CountDownLatch）
- 并发容器（如ConcurrentHashMap）
- 原子变量类（如AtomicInteger）

本文重点讲解最常用的同步控制器类。

二、CountDownLatch：多线程任务协调器

核心原理

CountDownLatch相当于多线程环境下的"倒计时门闩"，初始化时设置计数器值，当计数器归零时，阻塞线程才会继续执行。

典型场景

1. 主线程等待多个子线程完成初始化
2. 并行任务完成后触发汇总操作

java
// 电商订单支付场景示例
public class OrderPaymentService {
private static final int THREAD_COUNT = 3;

public void processPayment() throws InterruptedException {
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(THREAD_COUNT);

    // 模拟并发支付操作
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
        new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始支付");
                Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 支付完成");
                latch.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }).start();
    }

    latch.await();
    System.out.println("所有支付操作已完成，开始库存扣减");
}

}

注意事项：
- 计数器不可重置，用完即废
- 建议设置超时时间的await(long timeout, TimeUnit unit)

三、CyclicBarrier：可复用的线程屏障

与CountDownLatch的区别

CyclicBarrier更像"循环使用的集合点"，所有线程到达屏障后才会继续执行，且计数器可以重置。

适用场景

1. 多阶段任务处理
2. 数据分片计算后合并

java
// 银行对账系统案例
public class ReconciliationSystem {
private static final int PARTIES = 4;

public void startReconciliation() {
    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(PARTIES, 
        () -> System.out.println("所有分行对账完成，开始总账核对"));

    for (int i = 1; i <= PARTIES; i++) {
        new Thread(new BranchReconTask(barrier, "分行"+i)).start();
    }
}

class BranchReconTask implements Runnable {
    private final CyclicBarrier barrier;
    private final String branchName;

    // 构造方法省略...

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println(branchName + "开始本地对账");
            Thread.sleep(200 + new Random().nextInt(800));
            System.out.println(branchName + "对账完成，等待其他分行");
            barrier.await();
        } catch (Exception e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

}

关键点：
- 构造时可设置屏障动作（Runnable）
- 调用reset()方法会触发BrokenBarrierException

四、Semaphore：资源访问控制器

核心作用

控制同时访问特定资源的线程数量，相当于"流量阀"。

真实应用

1. 数据库连接池管理
2. 限流场景

java
// 停车场管理系统模拟
public class ParkingLot {
private static final int PARKINGSPACES = 5; private final Semaphore semaphore = new Semaphore(PARKINGSPACES);

public boolean parkCar(String carId) {
    if (semaphore.tryAcquire()) {
        System.out.println(carId + " 成功停车");
        return true;
    }
    System.out.println(carId + " 等待空位...");
    return false;
}

public void leaveCar(String carId) {
    semaphore.release();
    System.out.println(carId + " 已离开，当前空位：" + semaphore.availablePermits());
}

}

进阶用法：
- 公平模式（FairSync）
- 批量获取许可证（acquire(int permits)）

五、综合对比与选型建议

| 工具类 | 重用性 | 主要用途 | 典型场景 |
|----------------|---------|-----------------------|--------------------------|
| CountDownLatch | 一次性 | 等待事件完成 | 系统启动初始化 |
| CyclicBarrier | 可循环 | 线程集合等待 | 并行计算分阶段处理 |
| Semaphore | 可重复 | 控制资源访问 | 连接池/限流 |

性能优化提示：
1. 优先尝试tryAcquire而非阻塞获取
2. 合理设置超时时间避免死锁
3. 考虑使用Phaser替代复杂屏障场景

掌握这些工具类的本质区别，才能在分布式锁设计、系统压测等场景中灵活运用。建议在IDE中实际运行文中的代码示例，通过调试模式观察线程状态变化，这将比单纯阅读获得更深的理解。