JavaのCountDownLatchとCyclicBarrierの違いとは？マルチスレッド同期の使い分けを徹底解説

はじめに：2つの同期支援クラス

Javaでマルチスレッド環境を扱う際、複数のスレッドの動作を協調させるために活躍するのがCountDownLatchとCyclicBarrierです。どちらもjava.util.concurrentパッケージに含まれる同期支援クラスですが、設計思想や使い方、挙動が異なります。

本記事では、公式ドキュメント（JavaDoc）の定義をもとに、両者の違いを比較表とサンプルコードでわかりやすく解説します。

JavaDocによる定義

• CountDownLatch： 他のスレッドで実行されている一連の操作が完了するまで、1つ以上のスレッドを待機させるための同期支援クラス。
• CyclicBarrier： 複数のスレッドが互いに共通のバリアポイント（合流地点）へ到達するのを待ち合わせるための同期支援クラス。

主な違いの比較表

さらに重要な違いとして再利用性が挙げられます。CyclicBarrierは名前の通り「循環（Cyclic）」する仕組みを持っており、バリアポイントに全員が到達した後、自動的にリセットされて再利用できます。一方、CountDownLatchはカウントがゼロになった時点で役目を終え、再利用はできません。

CyclicBarrierの使用例

public class Main {
    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
        ExecutorService executors = Executors.newFixedThreadPool(4);
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);
        executors.submit(new Service1(cyclicBarrier));
        executors.submit(new Service1(cyclicBarrier));
        executors.submit(new Service2(cyclicBarrier));
        executors.submit(new Service2(cyclicBarrier));
        executors.submit(new Service2(cyclicBarrier));
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("Done");
    }
}

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class Service1 implements Runnable {
    CyclicBarrier cyclicBarrier;

    public Service1(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        super();
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Services1" + cyclicBarrier.getNumberWaiting());
        while (true) {
            try {
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class Service2 implements Runnable {
    CyclicBarrier cyclicBarrier;

    public Service2(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
        super();
        this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Services2" + cyclicBarrier.getNumberWaiting());
        while (true) {
            try {
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

CountDownLatchの使用例

public class Main {
    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
        ExecutorService executors = Executors.newFixedThreadPool(4);
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
        executors.submit(new Service1(latch));
        executors.submit(new Service2(latch));
        latch.await();
        System.out.println("Done");
    }
}

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Service1 implements Runnable {

    CountDownLatch latch;

    public Service1(CountDownLatch latch) {
        super();
        this.latch = latch;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(20000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        latch.countDown();
        System.out.println("Service1" + latch.getCount());
    }
}

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Service2 implements Runnable {

    CountDownLatch latch;

    public Service2(CountDownLatch latch) {
        super();
        this.latch = latch;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(20000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        latch.countDown();
        System.out.println("Service2" + latch.getCount());
    }
}

まとめ

CountDownLatchは「開始の合図を待つ」「複数タスクの完了を待ち合わせる」といった一方向の待機処理に適した、使い切り型の同期クラスです。一方、CyclicBarrierは複数スレッドが互いの到達を待ち合わせるフェーズ同期に向いており、繰り返し再利用できる点が大きな特徴です。

用途に応じて、「一時的な完了待ちならCountDownLatch」「反復的な同期が必要ならCyclicBarrier」と使い分けることで、より安全で効率的な並行処理を実現できます。