怎么在Java中使用CountDownLatch實現(xiàn)并發(fā)編程

本篇文章為大家展示了怎么在Java中使用CountDownLatch實現(xiàn)并發(fā)編程，內(nèi)容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細(xì)介紹希望你能有所收獲。

Java是什么

Java是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，可以編寫桌面應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序、分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序。

一、前言

CountDownLatch維護了一個計數(shù)器（還是是state字段），調(diào)用countDown方法會將計數(shù)器減1，調(diào)用await方法會阻塞線程直到計數(shù)器變?yōu)??？梢杂糜趯崿F(xiàn)一個線程等待所有子線程任務(wù)完成之后再繼續(xù)執(zhí)行的邏輯，也可以實現(xiàn)類似簡易CyclicBarrier的功能，達(dá)到讓多個線程等待同時開始執(zhí)行某一段邏輯目的。

二、使用

• 一個線程等待其它線程執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行

	......
	CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(10);
	ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		es.execute(() -> {
			//do something
			cdl.countDown();
		});
	}
	cdl.await();
	......

• 實現(xiàn)類似CyclicBarrier的功能，先await，再countDown

	......
        CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(1);
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            es.execute(() -> {
                cdl.await();
                //do something
            });
        }
        Thread.sleep(10000L);
        cdl.countDown();
        ......

三、源碼分析

CountDownLatch的結(jié)構(gòu)和ReentrantLock、Semaphore的結(jié)構(gòu)類似，也是使用的內(nèi)部類Sync繼承AQS的方式，并且重寫了tryAcquireShared和tryReleaseShared方法。

還是首先來看構(gòu)造函數(shù)：

public CountDownLatch(int count) {
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        this.sync = new Sync(count);
    }

需要傳入一個大于0的count，代表CountDownLatch計數(shù)器的初始值，通過Sync的構(gòu)造函數(shù)最終賦值給父類AQS的state字段?？梢粋€看到這個state字段用法多多，在ReentrantLock中使用0和1來標(biāo)識鎖的狀態(tài)，Semaphore中用來標(biāo)識信號量，此處又用來表示計數(shù)器。

CountDownLatch要通過await方法完成阻塞，先來看看這個方法是如何實現(xiàn)的：

public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

調(diào)用的是sync的acquireSharedInterruptibly方法，該方法定義在AQS中，Semaphore也調(diào)用的這個方法：

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }

這個方法的邏輯前面在解析SemaPhore的時候細(xì)說過了，這里不再贅述，主要就是兩個方法的調(diào)用，先通過tryAcquireShared方法嘗試獲取"許可"，返回值代表此次獲取后的剩余量，如果大于等于0表示獲取成功，否則表示失敗。如果失敗，那么就會進入doAcquireSharedInterruptibly方法執(zhí)行入隊阻塞的邏輯。這里我們主要到CountDownLatch中看看tryAcquireShared方法的實現(xiàn)：

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return (getState() == 0) ? 1 : -1;
        }

和Semaphore的實現(xiàn)中每次將state減去requires不同，這里直接判斷state是否為0，如果為0那么返回1，表示獲取"許可"成功；如果不為0，表示失敗，則需要入隊阻塞。從這個tryAcquireShared方法就能看出CountDownLatch的邏輯了：等到state變?yōu)榱?，那么所有線程都能獲取運行許可。

那么我們接下來來到countDown方法：

public void countDown() {
        sync.releaseShared(1);
    }

調(diào)用的是sync的releaseShared方法，該方法定義在父類AQS中，Semaphore使用的也是這個方法：

public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) {
        	//當(dāng)state從非
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }

前面提到了CountDownLatch也重寫了tryReleaseShared方法：

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // Decrement count; signal when transition to zero
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                	//如果state等于0了直接返回false
                	//保證在并發(fā)情況下，最多只會有一個線程返回true
                	//也包括調(diào)用countDown的次數(shù)超過state的初始值
                    return false;
                int nextc = c-1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                	//如果返回true，表示state從非0變?yōu)榱?
                	//那么后續(xù)需要喚醒阻塞線程
                    return nextc == 0;
            }
        }

Semaphore在釋放信號量的時候，是將獲取的許可歸還到state中，但是CountDownLatch沒有獲取許可的邏輯(獲取許可的時候是判斷state是否等于0)，所以在countDown的時候沒有釋放的邏輯，就是將state減1，然后根據(jù)state減1之后的值是否為0判斷release是否成功，如果state本來大于0，經(jīng)過減1之后變?yōu)榱?，那么返回true。tryReleaseShared方法的返回值決定了后續(xù)需不需要調(diào)用doReleaseShared方法喚醒阻塞線程。

這里有個邏輯：如果state已經(jīng)為0，那么返回false。這個主要應(yīng)對兩種情況：

• 調(diào)用countDown的次數(shù)超過了state的初始值多

• 線程并發(fā)調(diào)用的時候保證只有一個線程去完成阻塞線程的喚醒操作

可以看到CountDownLatch沒有鎖的概念，countDown方法可以被一個線程重復(fù)調(diào)用，只需要對state做reduce操作，而不用關(guān)心是誰做的reduce。如果tryReleaseShared返回true，那么表示需要在后面進入doReleaseShared方法，該方法和Semaphore中調(diào)用的方法是同一個，主要是喚醒阻塞線程或者設(shè)置PROPAGAGE狀態(tài)，這里也不再贅述~

阻塞線程被喚醒之后，會在doAcquireSharedInterruptibly方法中繼續(xù)循環(huán)，雖然和Semaphore調(diào)用的是同樣的方法，但是這里有不一樣的地方，所以還是提一句。我們首先回到doAcquireSharedInterruptibly方法：

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
        final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
        boolean failed = true;
        try {
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head) {
                	//如果head.next被unpark喚醒，說明此時state==0
                	//那么tryAcquireShared會返回1
                    int r = tryAcquireShared(arg);
                    //r==1
                    if (r >= 0) {
                    	//node節(jié)點被喚醒后，還會繼續(xù)喚醒node.next
                    	//這樣依次傳遞，因為在這里的r一定為1
                        setHeadAndPropagate(node, r);
                        p.next = null; // help GC
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    throw new InterruptedException();
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

當(dāng)head.next線程被unpark喚醒后，會進入tryAcquireShared方法判斷，由于此時state已經(jīng)為0（只有當(dāng)state變?yōu)?時，才會unpark喚醒線程），而前面提到了在CountDownLatch重寫的tryAcquireShared中，如果state==0，那么會返回1，所以會進入setHeadAndPropagate方法：

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
        Node h = head; // Record old head for check below
        setHead(node);
        if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
            (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
            Node s = node.next;
            if (s == null || s.isShared())
                doReleaseShared();
        }
    }

該方法在Semaphore中詳細(xì)介紹過，這里我們就站在CountDownLatch的角度來看看。其實很簡單了，注意此時該方法的propagate參數(shù)值是1，那么就會進入到下面的if邏輯里，繼續(xù)喚醒下一個node。當(dāng)下一個node對應(yīng)的線程被喚醒后，同樣會進入setHeadAndPropagate方法，propagage同樣為1，那么繼續(xù)喚醒下一個node，就這樣依次將整個CLH隊列的節(jié)點都喚醒。

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