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這篇文章主要介紹Java并發(fā)之CountDownLatch源碼的示例分析,文中介紹的非常詳細,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們一定要看完!
CountDownLatch(閉鎖)是一個很有用的工具類,利用它我們可以攔截一個或多個線程使其在某個條件成熟后再執(zhí)行。它的內(nèi)部提供了一個計數(shù)器,在構(gòu)造閉鎖時必須指定計數(shù)器的初始值,且計數(shù)器的初始值必須大于0。另外它還提供了一個countDown方法來操作計數(shù)器的值,每調(diào)用一次countDown方法計數(shù)器都會減1,直到計數(shù)器的值減為0時就代表條件已成熟,所有因調(diào)用await方法而阻塞的線程都會被喚醒。這就是CountDownLatch的內(nèi)部機制,看起來很簡單,無非就是阻塞一部分線程讓其在達到某個條件之后再執(zhí)行。但是CountDownLatch的應(yīng)用場景卻比較廣泛,只要你腦洞夠大利用它就可以玩出各種花樣。最常見的一個應(yīng)用場景是開啟多個線程同時執(zhí)行某個任務(wù),等到所有任務(wù)都執(zhí)行完再統(tǒng)計匯總結(jié)果。下圖動態(tài)演示了閉鎖阻塞線程的整個過程。
上圖演示了有5個線程因調(diào)用await方法而被阻塞,它們需要等待計數(shù)器的值減為0才能繼續(xù)執(zhí)行。計數(shù)器的初始值在構(gòu)造閉鎖時被指定,后面隨著每次countDown方法的調(diào)用而減1。下面代碼貼出了CountDownLatch的構(gòu)造方法。
//構(gòu)造器 public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); this.sync = new Sync(count); }
CountDownLatch只有一個帶參構(gòu)造器,必須傳入一個大于0的值作為計數(shù)器初始值,否則會報錯??梢钥吹皆跇?gòu)造方法中只是去new了一個Sync對象并賦值給成員變量sync。和其他同步工具類一樣,CountDownLatch的實現(xiàn)依賴于AQS,它是AQS共享模式下的一個應(yīng)用。CountDownLatch實現(xiàn)了一個內(nèi)部類Sync并用它去繼承AQS,這樣就能使用AQS提供的大部分方法了。下面我們就來看一下Sync內(nèi)部類的代碼。
//同步器 private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { //構(gòu)造器 Sync(int count) { setState(count); } //獲取當(dāng)前同步狀態(tài) int getCount() { return getState(); } //嘗試獲取鎖 //返回負(fù)數(shù):表示當(dāng)前線程獲取失敗 //返回零值:表示當(dāng)前線程獲取成功, 但是后繼線程不能再獲取了 //返回正數(shù):表示當(dāng)前線程獲取成功, 并且后繼線程同樣可以獲取成功 protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } //嘗試釋放鎖 protected boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { //獲取同步狀態(tài) int c = getState(); //如果同步狀態(tài)為0, 則不能再釋放了 if (c == 0) { return false; } //否則的話就將同步狀態(tài)減1 int nextc = c-1; //使用CAS方式更新同步狀態(tài) if (compareAndSetState(c, nextc)) { return nextc == 0; } } } }
可以看到Sync的構(gòu)造方法會將同步狀態(tài)的值設(shè)置為傳入的參數(shù)值。之后每次調(diào)用countDown方法都會將同步狀態(tài)的值減1,這也就是計數(shù)器的實現(xiàn)原理。在平時使用CountDownLatch工具類時最常用的兩個方法就是await方法和countDown方法。調(diào)用await方法會阻塞當(dāng)前線程直到計數(shù)器為0,調(diào)用countDown方法會將計數(shù)器的值減1直到減為0。下面我們來看一下await方法是怎樣調(diào)用的。
//導(dǎo)致當(dāng)前線程等待, 直到門閂減少到0, 或者線程被打斷 public void await() throws InterruptedException { //以響應(yīng)線程中斷方式獲取 sync.acquireSharedInterruptibly(1); } //以可中斷模式獲取鎖(共享模式) public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { //首先判斷線程是否中斷, 如果是則拋出異常 if (Thread.interrupted()) { throw new InterruptedException(); } //1.嘗試去獲取鎖 if (tryAcquireShared(arg) < 0) { //2. 如果獲取失敗則進人該方法 doAcquireSharedInterruptibly(arg); } }
當(dāng)線程調(diào)用await方法時其實是調(diào)用到了AQS的acquireSharedInterruptibly方法,該方法是以響應(yīng)線程中斷的方式來獲取鎖的,上面同樣貼出了該方法的代碼。我們可以看到在acquireSharedInterruptibly方法首先會去調(diào)用tryAcquireShared方法嘗試獲取鎖。我們看到Sync里面重寫的tryAcquireShared方法的邏輯,方法的實現(xiàn)邏輯很簡單,就是判斷當(dāng)前同步狀態(tài)是否為0,如果為0則返回1表明可以獲取鎖,否則返回-1表示不能獲取鎖。如果tryAcquireShared方法返回1則線程能夠不必等待而繼續(xù)執(zhí)行,如果返回-1那么后續(xù)就會去調(diào)用doAcquireSharedInterruptibly方法讓線程進入到同步隊列里面等待。這就是調(diào)用await方法會阻塞當(dāng)前線程的原理,下面看看countDown方法是怎樣將阻塞的線程喚醒的。
//減少門閂的方法 public void countDown() { sync.releaseShared(1); } //釋放鎖的操作(共享模式) public final boolean releaseShared(int arg) { //1.嘗試去釋放鎖 if (tryReleaseShared(arg)) { //2.如果釋放成功就喚醒其他線程 doReleaseShared(); return true; } return false; }
可以看到countDown方法里面調(diào)用了releaseShared方法,該方法同樣是AQS里面的方法,我們在上面也貼出了它的代碼。releaseShared方法里面首先是調(diào)用tryReleaseShared方法嘗試釋放鎖,tryReleaseShared方法在AQS里面是一個抽象方法,它的具體實現(xiàn)邏輯在子類Sync類里面,我們在上面貼出的Sync類代碼里可以找到該方法。tryReleaseShared方法如果返回true表示釋放成功,返回false表示釋放失敗,只有當(dāng)將同步狀態(tài)減1后該同步狀態(tài)恰好為0時才會返回true,其他情況都是返回false。那么當(dāng)tryReleaseShared返回true之后就會馬上調(diào)用doReleaseShared方法去喚醒同步隊列的所有線程。這樣就解釋了為什么最后一次調(diào)用countDown方法將計數(shù)器減為0后就會喚醒所有被阻塞的線程。CountDownLatch基本的原理大致就是這些,下面我們看一個它的使用示例。
應(yīng)用場景:在玩歡樂斗地主時必須等待三個玩家都到齊才可以進行發(fā)牌。
public class Player extends Thread { private static int count = 1; private final int id = count++; private CountDownLatch latch; public Player(CountDownLatch latch) { this.latch = latch; } @Override public void run() { System.out.println("【玩家" + id + "】已入場"); latch.countDown(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); System.out.println("牌局開始, 等待玩家入場..."); new Player(latch).start(); new Player(latch).start(); new Player(latch).start(); latch.await(); System.out.println("玩家已到齊, 開始發(fā)牌..."); } }
運行結(jié)果顯示發(fā)牌操作一定是在所有玩家都入場后才進行。我們將23行的latch.await()注釋掉,對比下看看結(jié)果。
可以看到在注釋掉latch.await()這行之后,就不能保證在所有玩家入場后才開始發(fā)牌了。
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