什么时候使用CountDownLatch

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原文链接： howtodoinjava
翻译： ImportNew.com - 张涛
译文链接： http://www.importnew.com/15731.html
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感谢作者写出这么好的文章，感谢译者！以上为译者原话。转载请注明！

正如每个Java文档所描述的那样，CountDownLatch是一个同步工具类，它允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程的操作执行完后再执行。在Java并发中，countdownlatch的概念是一个常见的面试题，所以一定要确保你很好的理解了它。在这篇文章中，我将会涉及到在Java并发编 程中跟CountDownLatch相关的以下几点：

目录

• CountDownLatch是什么？
• CountDownLatch如何工作？
• 在实时系统中的应用场景
• 应用范例
• 常见的面试题

1、CountDownLatch是什么

CountDownLatch是在java1.5被引入的，跟它一起被引入的并发工具类还有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue，它们都存在于java.util.concurrent包下。CountDownLatch这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

图源：这里

CountDownLatch的伪代码如下所示：

//Main thread start
//Create CountDownLatch for N threads
//Create and start N threads
//Main thread wait on latch
//N threads completes there tasks are returns
//Main thread resume execution

2、CountDownLatch如何工作
CountDownLatch.java类中定义的构造函数：

//Constructs a CountDownLatch initialized with the given count.
public void CountDownLatch(int count) {...}

构造器中的计数值（count）实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。

与CountDownLatch的第一次交互是主线程等待其他线程。主线程必须在启动其他线程后立即调用CountDownLatch.await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。

其他N 个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知CountDownLatch对象，他们已经完成了各自的任务。这种通知机制是通过 CountDownLatch.countDown()方法来完成的；每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1。所以当N个线程都调 用了这个方法，count的值等于0，然后主线程就能通过await()方法，恢复执行自己的任务。

3、在实时系统中的使用场景

1、实现最大的并行性： 有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用 一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。
2、开始执行前等待n个线程完成各自任务： 例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统已经启动和运行了。
3、死锁检测： 一个非常方便的使用场景是，你可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁。

4、CountDownLatch使用例子

这里使用Task和WaitingTask两个类来模拟；在这里，WaitingTask要等所有Task线程执行完毕才能继续运行。
案例入下：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

class Task implements Runnable{
    private static int counter = 0;
    private final int id = ++counter;    //设置线程id
    private final CountDownLatch latch ;  //线程中必须要有CountDownLatch的引用，为了通知WaitTask计数器已经为0
    public Task(CountDownLatch latch){
        this.latch = latch;
    }
    public void run(){
        try{
            doWork();      //这里睡眠1s，代表完成该线程的任务
            latch.countDown();
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void doWork() throws InterruptedException{
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        System.out.println(this + " completed");
    }
    public String toString(){
        return "Task--" + id;
    }
}

class WaitingTask implements Runnable{
    private static int counter = 0;
    private final int id = ++counter;   //设置线程id
    private final CountDownLatch latch;  //线程中必须要有CountDownLatch的引用,为了跟Task进行通信
    public WaitingTask(CountDownLatch latch){
        this.latch = latch;
    }
    public void run(){
        try{
            latch.await();
            System.out.println("Latch barrier passed for " + this);
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public String toString(){
        return "WaitingTask--" + id;
    }
}

public class CountDownLatchDemo {
    public static final int SIZE = 10;   //定义被等待线程数目
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        ExecutorService exe = Executors.newCachedThreadPool();
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(SIZE);
//        这里的5个线程进入即被阻塞，等待其他SIZE个线程执行完毕后，才能继续执行
        for(int i=0; i<5; i++)
        {
            exe.execute(new WaitingTask(latch));
        }

//        这里是其他SIZE 个线程
        for(int i=0; i<SIZE; i++)
        {
            exe.execute(new Task(latch));
        }
        exe.shutdown();
    }
}

运行结果：

Task--2 completed
Task--8 completed
Task--4 completed
Task--9 completed
Task--10 completed
Task--1 completed
Task--3 completed
Task--5 completed
Task--7 completed
Task--6 completed
Latch barrier passed for WaitingTask--4
Latch barrier passed for WaitingTask--1
Latch barrier passed for WaitingTask--3
Latch barrier passed for WaitingTask--5
Latch barrier passed for WaitingTask--2

我们明显看到WaitingTask在Task进程之后运行。

最后可以问自己一些问题，来检查自己是否掌握了该类

1、 解释一下CountDownLatch概念?
CountDownLatch是java.util.concurrent包中的一个同步工具类，这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。

2、解释一下CountDownLatch的工作原理
CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

3、 CountDownLatch 和CyclicBarrier的不同之处?
CountDownLatch 不可以重用，CyclicBarrier可以重用

4、 给出一些CountDownLatch使用的例子?
上面给出了

5、 CountDownLatch 类中主要的方法?