Latch、Barrier 与 Semaphore
CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore 约束的是三种不同关系：等待一组事件完成、让一组参与者在阶段点会合，以及限制同时使用资源的数量。
1. CountDownLatch 等待计数归零
CountDownLatch done = new CountDownLatch(tasks.size());
for (Task task : tasks) {
executor.execute(() -> {
try {
task.run();
} finally {
done.countDown();
}
});
}
if (!done.await(2, TimeUnit.SECONDS)) {
handleTimeout();
}
一个或多个等待者调用 await，完成方调用 countDown。计数到零后所有等待者通过，之后的 await 也立即返回；它是一次性的，不能重置。
countDown 放在 finally 中，避免任务异常让等待永远无法结束。等待超时后还要取消或接管未完成任务，不能只离开 await。
2. CyclicBarrier 让固定参与者在阶段点会合
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(workers, this::mergeRound);
每个参与者完成本轮工作后调用 await。最后一个到达时触发可选 barrier action，然后所有参与者进入下一轮。它可以复用，适合固定规模的分阶段并行计算。
某个等待者中断、超时或失败时，barrier 可能进入 broken 状态，其他等待者收到 BrokenBarrierException。调用方必须把一名参与者退出视为整轮协议事件。
动态注册参与者或阶段控制更复杂时，可以使用 Phaser。
3. Semaphore 限制并发许可
Semaphore permits = new Semaphore(20);
permits.acquire();
try {
callDownstream();
} finally {
permits.release();
}
每次 acquire 消耗许可，没有许可时等待；release 归还许可。它适合保护连接数、外部接口并发数或昂贵设备。
许可不是线程所有权锁。Semaphore 不要求由获取许可的同一线程释放，因此更灵活，也更容易因重复释放使计数失真。应把获取成功与 finally 归还绑定起来。
4. 三者的选择
| 问题 | 组件 |
|---|---|
| 主线程等待 N 个任务完成 | CountDownLatch |
| N 个工作线程每轮互相等待 | CyclicBarrier / Phaser |
| 最多允许 N 个任务同时访问资源 | Semaphore |
它们不能互换。例如 latch 的计数是“事件还剩多少”，semaphore 的许可是“容量还剩多少”；错误地用 latch 限流，计数归零后就再也不会恢复。
5. 同步器还需要业务失败协议
这些类只协调线程，不负责业务事务。超时后要决定结果是否废弃，中断后要归还许可，barrier 破坏后要终止还是重建本轮，进程重启后也不能依赖内存计数恢复分布式状态。
跨进程协调需要数据库、消息系统或分布式协调服务提供相应一致性语义，不能把 JVM 内同步器直接外推。
6. 常见问题
6.1 CountDownLatch 能重复使用吗
不能。计数只能减少到零。重复阶段使用 CyclicBarrier，参与者动态变化时考虑 Phaser。
6.2 Semaphore 设置公平模式就能严格按请求顺序执行吗
公平模式主要约束竞争获取许可的排队顺序，线程调度和批量许可获取仍会影响实际完成顺序；无参数 tryAcquire 也可能绕过公平顺序。
7. 面试题
7.1 CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore 有什么区别
出现公司：拼多多、阅文集团
考察重点
- 事件完成、阶段会合和容量许可。
- 一次性与可复用。
- 超时、异常和许可归还。
相关内容：第 1 节“CountDownLatch 等待计数归零”至第 4 节“三者的选择”。
参考回答
CountDownLatch 让等待者等一组事件把计数减到零，是一次性的；CyclicBarrier 让固定数量参与者在同一阶段点会合，成功后可以进入下一轮；Semaphore 管理可重复获取和归还的许可，用于限制并发容量。
选择后还要处理失败：latch 的 countDown 通常放在 finally，barrier 任一参与者失败可能破坏整轮，semaphore 只有成功获取后才能在 finally 归还。