CountDownLatch详解

概述

CountDownLatch概念

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，用来作为线程间的通信而不是互斥作用。
CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。
使用一个计数器进行实现，计数器初始值就是线程的数量。
当每个被计数的线程完成任务后，计数器值减一，当计数器的值为0时，表示所有线程都已经完成了任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行。

CountDownLatch的用法

某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕

将CountDownLatch的计数器初始化为：new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，计数器减一 countdownlatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上await()的线程就会被唤醒。
一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

实现多个线程开始执行任务的最大并行性

注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始一个共享的CountDownLatch（1），将其计数器初始为1，多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await()，当主线程调用countDown()方法时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒执行任务。

用法总结

CountDownLatch初始化一个全局计数器；如果想让某个线程处于等待中，该线程调用countdownLatch.await()，通过其他线程调用countdownLatch.countDown()减少计数器，直到减少到0，被await()挂起的线程恢复执行。可以实现1个线程等待一组线程执行完、实现一个线程释放一组线程、
多个线程释放多个线程的场景。

CountDownLatch原理

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始化值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就相应的减1。当计数器到达0时，表示所有的线程都已完成任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

CountDownLatch函数列表

// 构造一个用给定计数初始化的 CountDownLatch。
CountDownLatch(int count)
// 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断。
void await()
// 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。
boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
// 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。
void countDown()
// 返回当前计数。
long getCount()
// 返回标识此锁存器及其状态的字符串。
String toString()

示例

某个线程开始执行前等待其他线程执行完

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
 
        for (int i=0; i<9; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运行");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        latch.countDown();
                    }
                }
            }).start();
        }
 
        System.out.println("等待子线程运行结束");
        latch.await(10, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("子线程运行结束");
}

子线程先等待，主线线程处理完任务后恢复子线程，同时主线程等待子线程处理完任务继续执行

class MyRunnable implements Runnable {
 
    private CountDownLatch countDownLatch;
 
    private CountDownLatch await;
 
    public MyRunnable(CountDownLatch countDownLatch, CountDownLatch await) {
        this.countDownLatch = countDownLatch;
        this.await = await;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            countDownLatch.await();
            System.out.println("子线程" +Thread.currentThread().getName()+ "处理自己事情");
            Thread.sleep(1000);
            await.countDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch await = new CountDownLatch(5);
 
        for (int i=0; i< 5; i++) {
            new Thread(new MyRunnable(countDownLatch, await)).start();
        }
 
        System.out.println("主线程处理自己事情");
        Thread.sleep(3000);
        countDownLatch.countDown();
        System.out.println("主线程处理结束");
        await.await();
        System.out.println("子线程处理完毕啦");
    }

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器为1的CountDownLatch，并让其他所有线程都在这个锁上等待，只需要调用一次countDown()方法就可以让其他所有等待的线程同时恢复执行。
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个外部系统都已经启动和运行了。
3. 死锁检测：一个非常方便的使用场景是你用N个线程去访问共享资源，在每个测试阶段线程数量不同，并尝试产生死锁。

参考

CountDownLatch用法详解
JUC系列之CountDownLatch原理