java.util.concurrent 提供了很多线程协作工具。它们比直接写 wait/notify 更安全、更清晰，适合表达等待、屏障、限流、数据交换等常见并发模式。

1. CountDownLatch

CountDownLatch 让一个或多个线程等待计数归零。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    executor.execute(() -> {
        try {
            init();
        } finally {
            latch.countDown();
        }
    });
}

latch.await();
start();

模型：

count = 3
线程 A 完成 -> count = 2
线程 B 完成 -> count = 1
线程 C 完成 -> count = 0
等待线程继续执行

CountDownLatch 一次性使用，计数归零后不能重置。

2. CyclicBarrier

CyclicBarrier 让一组线程互相等待，直到全部到达屏障。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
    System.out.println("所有线程到达屏障");
});

每个线程：

doStepOne();
barrier.await();
doStepTwo();

模型：

线程 A 到达 barrier，等待
线程 B 到达 barrier，等待
线程 C 到达 barrier
  │
  ▼
屏障打开，三个线程继续

它可以重复使用，因此叫 Cyclic。

3. CountDownLatch 与 CyclicBarrier

对比项	CountDownLatch	CyclicBarrier
作用	一个或多个线程等待其他任务完成	多个线程互相等待
是否可复用	不可复用	可复用
计数方式	countDown 减计数	await 到达屏障
典型场景	主线程等待多个初始化任务	多阶段并行任务

4. Semaphore

Semaphore 用许可数控制同时访问资源的线程数量。

Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

semaphore.acquire();
try {
    callRemote();
} finally {
    semaphore.release();
}

模型：

10 个许可
线程进入 -> acquire 消耗许可
线程离开 -> release 归还许可
许可为 0 -> 后续线程等待

适合限流：

• 同时访问某接口最多 N 个线程。
• 控制昂贵资源并发度。
• 防止下游被打爆。

5. Exchanger

Exchanger 用于两个线程交换数据。

Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();

String received = exchanger.exchange("from A");

模型：

线程 A 携带 dataA 到达
线程 B 携带 dataB 到达
  │
  ▼
A 得到 dataB
B 得到 dataA

使用场景较少，适合双线程数据交换。

6. Phaser

Phaser 是更灵活的阶段同步器，可动态注册参与者。

Phaser phaser = new Phaser(3);
phaser.arriveAndAwaitAdvance();

适合：

• 多阶段任务。
• 参与线程数量动态变化。
• 比 CyclicBarrier 更复杂的同步流程。

7. 工具类选型

需求	工具
等待多个任务完成	CountDownLatch
多个线程分阶段一起推进	CyclicBarrier
限制并发数量	Semaphore
两个线程交换数据	Exchanger
多阶段动态参与者	Phaser
生产消费	BlockingQueue

8. 超时与异常

等待类方法通常支持超时：

boolean ok = latch.await(3, TimeUnit.SECONDS);
if (!ok) {
    throw new TimeoutException("等待初始化超时");
}

不要无限等待外部条件，否则故障时线程可能永久挂住。

专家实践与边界

并发工具类的价值是把常见协作模式封装起来，减少手写 wait/notify 的错误。选型时先判断协作关系：是等待多个任务完成、让多个线程同时起跑、限制并发量，还是线程间交换数据。

一次性等待完成 -> CountDownLatch
多轮阶段同步 -> CyclicBarrier / Phaser
限制资源并发 -> Semaphore
线程间交换数据 -> Exchanger

工具	生命周期	典型场景	注意点
CountDownLatch	一次性	主线程等待子任务	不能重置
CyclicBarrier	可复用	多线程阶段对齐	屏障动作异常会破坏屏障
Semaphore	长期	限流、连接许可	许可释放必须在 finally
Phaser	多阶段	动态参与方	API 更复杂

线上问题常来自“异常路径没有释放许可”或“某个任务失败导致其他线程永远等”。因此等待必须有超时，释放必须放在 finally，任务失败要能传播。

Tips 快问快答

Q：CountDownLatch 能重复使用吗？ A：不能，计数归零后不能重置。

Q：CyclicBarrier 和 CountDownLatch 最大区别是什么？ A：CyclicBarrier 是线程互相等待且可复用，CountDownLatch 是等待计数归零且一次性。

Q：Semaphore 适合做什么？ A：限制同时访问某资源的线程数量。

Q：并发工具类能替代锁吗？ A：它们解决协作问题，不是所有互斥问题的替代品。

Q：await 要不要设置超时？ A：生产代码通常应该设置超时，避免永久等待。

Q：CyclicBarrier 中某个线程异常怎么办？ A：屏障可能 broken，其他等待线程会收到异常。

Q：Phaser 适合什么场景？ A：多阶段且参与者数量可能动态变化的任务。

Q：生产消费推荐哪个工具？ A：推荐 BlockingQueue。