Java并发编程——CountDownLatch

一、闭锁 CountDownLatch

一个同步工具类，允许一个或者多个线程一直等待，直到其他线程的操作都执行完成之后再继续往下执行。

使用场景：在一些应用场合中，需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情；同时当线程都完成后也会触发事件，以便进行后面的操作。 这个时候就可以使用CountDownLatch。

CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()，前者主要是计数减一，后者是等待计数到0，如果没有到达0，就继续阻塞等待。

 

countdownlatch

如上图，左边三只小熊，可以当成三个线程，每一只撞到栏杆，计数器就减1，这相当于执行了countDown方法；

右边有两只暴走小熊在等待计数器变为0，可以当成两个线程，执行了await方法；

最终左边三只暴走小熊抵达了栏杆处，计数器变为0，唤醒了右边的暴走小熊，暴走小熊就开始动起来了。

二、执行原理

CountDownLatch是基于AQS共享模式的使用。

如下图，我们通过给CountDownLatch构造函数传入state的值。

countDown方法本质是释放共享锁，核心实现逻辑是：state>0 && state-1，如果state>0，则state减一，否则执行失败；

await方法本质是获取共享锁，核心实现是：getState()==0，如果state==0，则表示获取成功，否则线程阻塞进入等待队列；

 

 

当state减到0的时候，会唤醒等待队列中的所有线程，尝试继续获取共享锁，这个时候正常是所有线程都能获取成功的。

三、CountDownLatch的用法

3.1 CountDownLatch典型用法1

某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownLatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上await()的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

/**
 * @Description: 工厂中，质检，5个工人检查，所有人都认为通过，才通过
 */
public class CountDownLatchDemo {
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int no = i+1;
            executorService.submit(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
                    System.out.println("NO." + no + "完成了检查");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            });
        }

        System.out.println("等待5个人检查完......");

        countDownLatch.await();
        System.out.println("所有人都完成了工作，等待进入下一环节");
    }
}

3.2 CountDownLatch典型用法2

实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1)，将其计算器初始化为1，多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await()，当主线程调用countDown()时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。

/**
 * @Description: 模拟100米跑步，5名选手都准备好了，只等裁判员一声令下，所有人同时开跑
 */
public class CountDownLatchDemo2 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int no = i+1;
            executorService.submit(() -> {
                System.out.println("No." + no + "，准备完毕，等待发令枪");
                try {
                    countDownLatch.await();
                    System.out.println("No." + no + "，开始跑步");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }

        //裁判员检查发令枪......
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("发令枪响，比赛开始......");
        countDownLatch.countDown();
    }
}

3.3 CountDownLatch两种用法结合使用

/**
 * @Description: 模拟100米跑步，5名选手都准备好了，只等裁判员一声令下，所有人同时开跑,
 * 所有人都到终点后，比赛结束
 */
public class CountDownLatchDemo3 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch end = new CountDownLatch(5);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int no = i+1;
            executorService.submit(() -> {
                System.out.println("No." + no + "，准备完毕，等待发令枪");
                try {
                    begin.await();
                    System.out.println("No." + no + "，开始跑步");
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
                    System.out.println("No." + no + "，跑到终点了");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    end.countDown();
                }
            });
        }

        //裁判员检查发令枪......
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("发令枪响，比赛开始......");
        begin.countDown();

        //等待5个线程都执行完毕之后
        end.await();
        System.out.println("所有人到达终点，比赛结束");
    }
}

3.4 CountDownLatch注意点

• 扩展用法：多个线程等待多个线程完成执行后，再同时执行。
• CountDownLatch是不能够重用的，如果需要重新计数，可以考虑使用CyclicBarrier或者创建新的CountDownLatch实例。

作者：小波同学
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来源：简书
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