深入理解java并发——CountDownLatch

CountDownLatch有什么作用?
简单来说通过一个计数器控制线程的执行和阻塞,和CyclicBarrier其实很相似,在一组线程执行完成之前,另一个或者多个线程阻塞,等到这一组线程执行完之后再执行。
CountDownlatch与CyclicBarrier区别:
1.CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行;而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。
2.CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用(reset方法),因此它被称为是循环的barrier。


源码分析

变量:
private final Sync sync;//是一个静态内部类,继承AQS。分析其源码可以发现,CountDownLatch采用的是共享锁实现的
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;

        Sync(int count) {
            setState(count);//将count作为共享变量,是volatile类型,保证可见性
        }

        int getCount() {
            return getState();//获取count大小
        }
        //尝试获取共享锁,如果count值不为0的话说明没有到最终线程的执行条件
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return (getState() == 0) ? 1 : -1;
        }
        //尝试释放共享锁,通过cas将state值减1,确保线程安全
        protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // Decrement count; signal when transition to zero
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                int nextc = c-1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    return nextc == 0;
            }
        }
    }
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        // See below for intrinsics setup to support this
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }
构造方法:
//其实就是将传入的count值作为共享变量,控制线程的状态,通过调用静态内部类Sync实现
public CountDownLatch(int count) {
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        this.sync = new Sync(count);
    }
await()方法:
public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
//上面分析过tryAcquireShared方法,当count的数量为0的时候返回值为1,否则返回值为0,所以如果小于0则执行doAcquireSharedInterruptibly
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }
//该方法就是一个自旋方法,不断的尝试去获取同步锁
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) {
                //不断的取出同步等待队列中的线程节点,然后使用tryAcquireShared判断是否count==0,如果计数器值不等于0,那么r 会一直小于0
                    int r = tryAcquireShared(arg);
                    if (r >= 0) {
                        setHeadAndPropagate(node, r);
                        p.next = null; // help GC
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                //等待
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    throw new InterruptedException();
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }
countdown()方法:
//递减锁存器的计数,如果计数到达零,则释放所有等待的线程
public void countDown() {
        sync.releaseShared(1);
    }
public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
        for (;;) {
            //获取锁状态
            int c = getState();
            //c == 0 直接返回,释放锁成功
            if (c == 0)
                return false;
            //计算新“锁计数器”
            int nextc = c-1;
            //更新锁状态(计数器)
            if (compareAndSetState(c, nextc))
                return nextc == 0;
        }
    }

总结:CountDownLatch内部使用count计数器来控制同步的状态,当调用await()方法后,如果count值不为0,那么当前线程就会加入到CLH的阻塞队列中,并进行自旋操作,不间断尝试获取共享锁。而CountDownLatch初始化的时候count不为0,需要通过调用countDown()方法来释放共享锁,也就是将count值减1,直到count的值为0,当count=0的时候,wait中的线程通过自旋可以获取到锁的状态,可以继续执行。count值的更新都是通过cas操作完成的,因此可以保证线程安全。

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