Java CountDownLatch的两种常用场景
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本文出自【赵彦军的博客】
文章目录
- 简介
- 场景1 让多个线程等待：模拟并发，让并发线程一起执行
- 场景2 让单个线程等待：多个线程(任务)完成后，进行汇总合并
- CountDownLatch 工作原理
- CountDownLatch与Thread.join
- CountDownLatch与CyclicBarrier
- 超时时间
- Android 启动实战
简介
先来看看 CountDownLatch 的源码注释；
/**
* A synchronization aid that allows one or more threads to wait until
* a set of operations being performed in other threads completes.
*
* @since 1.5
* @author Doug Lea
*/
public class CountDownLatch {
}
描述如下：它是一个同步工具类，允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程运行完成后再执行。
通过描述，可以清晰的看出，CountDownLatch的两种使用场景：
- 场景1：让多个线程等待
- 场景2：和让单个线程等待。
场景1 让多个线程等待：模拟并发，让并发线程一起执行
为了模拟高并发，让一组线程在指定时刻(秒杀时间)执行抢购，这些线程在准备就绪后，进行等待(CountDownLatch.await())，直到秒杀时刻的到来，然后一拥而上；
这也是本地测试接口并发的一个简易实现。
在这个场景中，CountDownLatch充当的是一个发令枪的角色；
就像田径赛跑时，运动员会在起跑线做准备动作，等到发令枪一声响，运动员就会奋力奔跑。和上面的秒杀场景类似，代码实现如下：
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
try {
//准备完毕……运动员都阻塞在这，等待号令
countDownLatch.await();
String parter = "【" + Thread.currentThread().getName() + "】";
System.out.println(parter + "开始执行……");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000);// 裁判准备发令
countDownLatch.countDown();// 发令枪：执行发令
运行结果：
【Thread-0】开始执行……
【Thread-1】开始执行……
【Thread-4】开始执行……
【Thread-3】开始执行……
【Thread-2】开始执行……
我们通过 CountDownLatch.await()，让多个参与者线程启动后阻塞等待，然后在主线程 调用CountDownLatch.countdown(1) 将计数减为 0，让所有线程一起往下执行；
以此实现了多个线程在同一时刻并发执行，来模拟并发请求的目的。
场景2 让单个线程等待：多个线程(任务)完成后，进行汇总合并
很多时候，我们的并发任务，存在前后依赖关系；比如数据详情页需要同时调用多个接口获取数据，并发请求获取到数据后、需要进行结果合并；或者多个数据操作完成后，需要数据check；
这其实都是：在多个线程(任务)完成后，进行汇总合并的场景。
代码实现如下：
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int index = i;
new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(1000 + ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000));
System.out.println("finish" + index + Thread.currentThread().getName());
countDownLatch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
countDownLatch.await();// 主线程在阻塞，当计数器==0，就唤醒主线程往下执行。
System.out.println("主线程:在所有任务运行完成后，进行结果汇总");
运行结果：
finish4Thread-4
finish1Thread-1
finish2Thread-2
finish3Thread-3
finish0Thread-0
主线程:在所有任务运行完成后，进行结果汇总
在每个线程(任务) 完成的最后一行加上 CountDownLatch.countDown()，让计数器-1；
当所有线程完成 -1，计数器减到0后，主线程往下执行汇总任务。
从上面两个例子的代码，可以看出 CountDownLatch的API并不多；
CountDownLatch的构造函数中的count就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且不能重新设置；await()：调用该方法的线程会被阻塞，直到构造方法传入的N减到0的时候，才能继续往下执行；countDown()：使CountDownLatch计数值 减1；
CountDownLatch 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；
调用await()方法的线程会被阻塞，直到计数器 减到0的时候，才能继续往下执行；
调用了await()进行阻塞等待的线程，它们阻塞在Latch门闩/栅栏上；只有当条件满足的时候（countDown() N次，将计数减为0），它们才能同时通过这个栅栏；以此能够实现，让所有的线程站在一个起跑线上。
countDown()方法则是将计数器减1；
在CountDownLatch的构造函数中，指定的线程数量，只能指定一次；由于CountDownLatch采用的是减计数，因此当计数减为0时，计数器不能被重置。
这是和CyclicBarrier的一个重要区别。
CountDownLatch 的源码在JUC并发工具中，也相对算是简单的；
底层基于 AbstractQueuedSynchronizer 实现，CountDownLatch 构造函数中指定的count直接赋给AQS的state；每次countDown()则都是release(1)减1，最后减到0时unpark阻塞线程；这一步是由最后一个执行countdown方法的线程执行的。
而调用await()方法时，当前线程就会判断state属性是否为0，如果为0，则继续往下执行，如果不为0，则使当前线程进入等待状态，直到某个线程将state属性置为0，其就会唤醒在await()方法中等待的线程。
CountDownLatch与Thread.join
CountDownLatch的作用就是允许一个或多个线程等待其他线程完成操作，看起来有点类似join()方法，但其提供了比 join()更加灵活的API。
CountDownLatch可以手动控制在n个线程里调用n次countDown()方法使计数器进行减一操作，也可以在一个线程里调用n次执行减一操作。
而 join() 的实现原理是不停检查join线程是否存活，如果 join 线程存活则让当前线程永远等待。所以两者之间相对来说还是CountDownLatch使用起来较为灵活。
CountDownLatch与CyclicBarrier
CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：
CountDownLatch一般用于一个或多个线程，等待其他线程执行完任务后，再才执行
CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行
另外，CountDownLatch是减计数，计数减为0后不能重用；而CyclicBarrier是加计数，可置0后复用。
超时时间
通过 await 可以设置要等待的最长时间
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
返回值：
- 如果计数到达零，则返回true；如果在计数到达零之前超过了等待时间，则返回false
抛出异常：
- InterruptedException-如果当前线程在等待时被中断
Android 启动实战
在大型的Android 项目中，我们一般会在 Application 的 onCreate 方法中初始化第三方sdk，随着项目越来越大，需要初始化的 sdk 就越来越多，举个例子，我们写一个方法，模拟初始化sdk 需要耗时 200毫秒，如下：
private fun initSDK() {
//模拟初始化sdk耗时200毫秒
Thread.sleep(200)
}
假如我们有 20 个类似的 SDK 需要初始化，那么总耗时就是翻 20 倍。举例如下：
class App : Application() {
override fun onCreate() {
super.onCreate()
val start = System.currentTimeMillis()
repeat(20) {
initSDK()
}
val end = System.currentTimeMillis()
Log.d("start-", "启动耗时 time:${end - start}")
}
private fun initSDK() {
//模拟初始化sdk耗时200毫秒
Thread.sleep(200)
}
}
日式输出：
D/start-: 启动耗时 time:4004
可以看到启动耗时 4 秒钟，app 从启动到进入首页是非常慢的。
下面我们用学到的 CountDownLatch 优化一下，优化如下：
class App : Application() {
override fun onCreate() {
super.onCreate()
val start = System.currentTimeMillis()
//模拟20个异步任务
val countDownLatch = CountDownLatch(20)
//创建线程池
val executor = Executors.newCachedThreadPool()
repeat(20) {
//在子线程中执行初始化工作
executor.execute {
initSDK()
countDownLatch.countDown()
}
}
//等待子线程执行完毕
countDownLatch.await()
val end = System.currentTimeMillis()
Log.d("start-", "启动耗时 time:${end - start}")
}
private fun initSDK() {
//模拟初始化sdk耗时200毫秒
Thread.sleep(200)
}
}
输出日志：
D/start-: 启动耗时 time:205
由此可见，我们的耗时从 4000 毫秒降为 205 毫秒，效果非常明显。
利用这个知识，我写了一个 Android 启动库：
https://github.com/zyj1609wz/Startup