Java 多线程之 CountDownLatch(计数等待/同步辅助类)

文章目录

    • 一、概述
    • 二、使用方法
    • 三、测试示例

一、概述

  • CountDownLatch 是Java中提供的一种同步工具类,用于控制多个线程之间的执行顺序和协调。

  • CountDownLatch 通过一个计数器来实现,该计数器初始化为一个正整数,表示需要等待的线程数目。每个线程执行完一定的任务后,会调用countDown()方法将计数器减1。当计数器减到0时,表示所有线程已经完成任务,等待在await()方法处的线程被唤醒,继续执行后续操作。

  • 以下是 CountDownLatch 的一些常见用途:

    • 控制执行顺序:控制多个线程执行的顺序,让某个线程等待其他线程完成特定任务后再执行。例如,主线程可以在开始执行某项任务之前等待所有的工作线程就绪,然后在所有工作线程完成任务后继续执行。
    • 线程协调:确保某个任务在其他线程完成后再执行,以避免并发问题。例如,主线程可以等待多个子线程完成任务后再继续执行,或者多个子线程可以等待主线程发出信号后才开始执行。
    • 等待多个事件完成:例如等待多个子任务全部完成后再进行汇总操作。
  • CountDownLatch 的主要方法包括:

    • await():使当前线程等待,一直阻塞直到计数器为零。
    • countDown():递减计数器的值,表示一个操作已完成。
    • getCount():获取当前计数器的值。

二、使用方法

  • 一般用法:主线程等待多个子线程任务完成(请不要专牛角尖!这里的线程是自己创建的,可以使用 join 方法来完成,实际应用就不一定)

    int threadCount = 3;
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);
    
    for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
        // 启动一些子线程来执行任务
        Thread thread = new Thread(() -> {
            // 子线程执行任务
            System.out.println("执行业务逻辑");
            // 子线程任务完成,计数器减1
            latch.countDown();
        });
        thread.start();
    }
    
    // 主线程 等待所有线程完成任务
    latch.await();
    // 所有子线程完成任务后 主线程继续执行后续操作
    System.out.println("执行后续业务");
    
    
    
  • 在调用异步方法时,等待异步返回结果(这里就没有办法使用 join 了)

    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
    
    // 假设 doSome 是一个异步方法
    xxxxObj.doSome("一些参数", new AsyncInterface(state){
        switch(state){
            case SUCCESS:
                // 异步方法返回成功,通知主线程可以执行(当然异常你也可以自己处理)
                latch.countDown();
                break;
        }
    });
    
    // 主线程 等待异步方法完成
    latch.await();
    
    // 继续执行业务
    
    

三、测试示例

  • 下面示例使用3个线程并发地将数字1到300写入三个临时文件,然后将这些文件合并为一个文件。主线程调用 latch.await() 方法等待所有线程写入完成。然后,我们使用 combineFiles() 方法将写入的部分文件合并成一个完整的文件。合并完成后,输出合并完成的信息。

    注意,示例中的写入和合并代码是简化的,为了演示 CountDownLatch 的使用,并没有处理异常、缓冲区管理和错误处理等方面。在实际的应用中,你可能需要根据具体需求对其完善。

    package top.yiqifu.study.p004_thread;
    
    
    import java.io.*;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    
    public class Test066_CountDownLatch {
        private static final int THREAD_COUNT = 3;
        private static final int NUMBERS_PER_THREAD = 100;
        private static final String OUTPUT_FILE = "numbers.txt";
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(THREAD_COUNT);
    
            for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
                int threadIndex = i;
                Thread thread = new Thread(() -> {
                    try {
                        writeNumbersToFile(threadIndex);
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        latch.countDown();
                    }
                });
                thread.start();
            }
    
            latch.await(); // 等待所有线程写入完成
    
            combineFiles(); // 合并文件
    
            System.out.println("所有任务完成");
        }
    
        private static void writeNumbersToFile(int threadIndex) throws IOException {
            // 先写入临时文件
            String fileName = "numbers_" + threadIndex + ".txt";
            FileWriter fileWriter = new FileWriter(fileName);
    
            int startNumber = threadIndex * NUMBERS_PER_THREAD + 1;
            int endNumber = startNumber + NUMBERS_PER_THREAD - 1;
    
            for (int i = startNumber; i <= endNumber; i++) {
                fileWriter.write(i + "\n");
            }
    
            fileWriter.close();
        }
    
        private static void combineFiles() throws IOException {
            FileWriter output = new FileWriter(OUTPUT_FILE);
    
            for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
                String fileName = "numbers_" + i + ".txt";
                FileReader input = new FileReader(fileName);
    
                BufferedReader reader = new BufferedReader(input);
                String line;
                while ((line = reader.readLine()) != null) {
                    output.write(line + "\n");
                }
    
                reader.close();
    
                // 删除临时文件
                File file = new File(fileName);
                file.delete();
            }
    
            output.close();
        }
    }
    
    

    与此类似的用途有很多,如分片下载文件,然后合并一个文件。网络爬虫分开爬取内容,然后统一分析等。有关等待异步方法返回的使用请看 Java 开发 Zookeeper 分布式锁,这篇文章中有有好几处异步方法都用到了 CountDownLatch 。反正 CountDownLatch 是一个好东西,值得掌握。

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