前言
大家好，我是小郭，前面我们学习了利用Semaphore来防止多线程同时操作一个资源，通常我们都会利用并行来优化性能，但是对于串行化的业务，可能需要按顺序执行，那我们怎么才能处理呢？今天我们来学习另一个并发流程控制的同步工具CountDownLatch。
了解CountDownLatch
首先，CountDownLatch是一种并发流程控制的同步工具。
主要的作用是等待多个线程同时完成任务之后，再继续完成主线程任务。
简单点可以理解为，几个小伙伴一起到火锅店聚餐，人到齐了，火锅店才可以开饭。
思考问题：
- CountDownLatch 底层原理是什么，他是否可以代替wait / notify？
- CountDwonLatch 业务场景有哪些？
- 一次可以唤醒多个任务吗？
主要参数与方法
//减少锁存器的计数，如果计数达到零，则释放所有等待线程。
//计数器
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
//导致当前线程等待，直到锁存器递减至零为止，除非该线程被中断。
//火锅店调用await的线程，count为0才能继续执行
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
构造方法
//count 数量，理解为小伙伴的个数
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
//获取剩余的数量
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
CountDownLatch底层实现原理
我们可以看出countDown()是CountDownLatch的核心方法，我来看下他的具体实现。
CountDownLatch来时继承AQS的共享模式来完成其的实现，从前面的学习得出AQS主要是依赖同步队列和state实现控制。
共享模式：
这里与独占锁大多数相同，自旋过程中的退出条件是是当前节点的前驱节点是头结点并且tryAcquireShared(arg)返回值大于等于0即能成功获得同步状态.
await
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
//当状态不为0挂起，表示当前线程被占有，需要线程排队
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
//在共享模式下获取
doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
countDown
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
//自旋防止失败
for (;;) {
//获取状态
int c = getState();
//状态为为0返回false，表示没有被线程占有
if (c == 0) return false;
//调用cas来进行替换，也保证了线程安全，当为0的时候唤醒
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
//当任务数量为0，aqs的释放共享锁
void doReleaseShared()
private void doReleaseShared() {
/*
* Ensure that a release propagates, even if there are other
* in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual
* way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
* signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
* ensure that upon release, propagation continues.
* Additionally, we must loop in case a new node is added
* while we are doing this. Also, unlike other uses of
* unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
* fails, if so rechecking.
*/
// 无限循环
for (;;) {
// 保存头节点
Node h = head;
// 头节点不为空并且头节点不为尾结点
if (h != null && h != tail) {
// 获取头节点的等待状态
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
// 状态为SIGNAL,CAS更新状态
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
// 释放后继结点
unparkSuccessor(h);
}
// 状态为0并且更新不成功，继续
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) //
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // 若头节点改变，继续循环
break;
}
}
思考
- 如何安排线程排序
个人认为，没有进行线程的排序，而是让一部分线程进入等待，在唤醒的时候放开。
执行流程图
实践
用法一：
一个线程等待其他多个线程都执行完毕，再继续自己的工作
public class CountDownLatchTest {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(4);
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
IntStream.range(0,16).forEach(i ->{
executorService.submit(()->{
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "来火锅店吃火锅！");
try {
Thread.sleep(1000);
countDownLatch.countDown();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我到火锅店了，准备开吃！");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
});
});
try {
countDownLatch.await(5,TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("人到齐了，开饭");
executorService.shutdown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
输出结果
代码中设置了一个CountDownLatch做倒计时，四个人（count为4）一起到火锅店吃饭，每到一个人计数器就减去1（countDownLatch.countDown()）,当计数器为0的时候，main线程在await的阻塞结束，继续往下执行。
用法二：
多个线程等待某一个线程的信号，同时开始执行
用抢位子作为例子，将线程挂起等待，同时开始执行。
public class CountDownLatchTest2 {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
IntStream.range(0,4).forEach(i ->{
executorService.submit(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "准备开始抢位子！");
try {
//Thread.sleep(1000);
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了位置");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
});
try {
Thread.sleep(5000);
System.out.println("五秒后开始抢位置");
countDownLatch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
executorService.shutdown();
}
}
注意点
CountDownLatch是不能重用的。
总结
我们可以看到CountDownLatch的使用很简单，就当做一个计时器来使用，在控制并发方面能给我们提供帮助。
- 在构造器中初始化任务数量
- 调用await()挂起主线程main
- 调用countDown()方法减一，直到为0的时候，唤醒主线程可以继续运行。
上面提供的两个用法，我们也可以结合起来使用。
在实际的业务代码开发中，利用CountDownLatch来进行业务方法的执行，来确定他们的顺序，解决一个线程等待多个线程的场景
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