j.u.c系列（08）---之并发工具类：CountDownLatch
写在前面
CountDownLatch所描述的是”在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待“：用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。CountDownLatch的本质也是一个"共享锁"
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CountDownLatch(int count) 构造一个用给定计数初始化的 CountDownLatch。 // 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()
CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，当我们在new 一个CountDownLatch对象的时候需要带入该计数器值，该值就表示了线程的数量。每当一个线程完成自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器的值变为0时，就表示所有的线程均已经完成了任务，然后就可以恢复等待的线程继续执行了。
虽然，CountDownlatch与CyclicBarrier（后续会接受。另外一并发工具类）区别：
- CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待
- CountDownLatch的计数器无法被重置；CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier
实现分析
通过上面的结构图我们可以看到，CountDownLatch内部依赖Sync实现，而Sync继承AQS。CountDownLatch仅提供了一个构造方法：
CountDownLatch(int count) ： 构造一个用给定计数初始化的 CountDownLatch
public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); this.sync = new Sync(count); }
sync为CountDownLatch的一个内部类，其定义如下：
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L; Sync(int count) { setState(count); } //获取同步状态 int getCount() { return getState(); } //获取同步状态 protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } //释放同步状态 protected boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { int c = getState(); if (c == 0) return false; int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } } }
通过这个内部类Sync我们可以清楚地看到CountDownLatch是采用共享锁来实现的。
CountDownLatch提供await()方法来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，定义如下：
public void await() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); }
await其内部使用AQS的acquireSharedInterruptibly(int arg)：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireSharedInterruptibly(arg); }
在内部类Sync中重写了tryAcquireShared(int arg)方法：
protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; }
getState()获取同步状态，其值等于计数器的值，从这里我们可以看到如果计数器值不等于0，则会调用doAcquireSharedInterruptibly(int arg)，该方法为一个自旋方法会尝试一直去获取同步状态：
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { for (;;) { final Node p = node.predecessor(); if (p == head) { /** * 对于CountDownLatch而言，如果计数器值不等于0，那么r 会一直小于0 */ int r = tryAcquireShared(arg); if (r >= 0) { setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC failed = false; return; } } //等待 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) throw new InterruptedException(); } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }
CountDownLatch提供countDown() 方法递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程。
public void countDown() { sync.releaseShared(1); }
内部调用AQS的releaseShared(int arg)方法来释放共享锁同步状态：
public final boolean releaseShared(int arg) { if (tryReleaseShared(arg)) { doReleaseShared(); return true; } return false; }
tryReleaseShared(int arg)方法被CountDownLatch的内部类Sync重写：
protected boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { //获取锁状态 int c = getState(); //c == 0 直接返回，释放锁成功 if (c == 0) return false; //计算新“锁计数器” int nextc = c-1; //更新锁状态（计数器） if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } }
总结
CountDownLatch内部通过共享锁实现。在创建CountDownLatch实例时，需要传递一个int型的参数：count，该参数为计数器的初始值，也可以理解为该共享锁可以获取的总次数。当某个线程调用await()方法，程序首先判断count的值是否为0，如果不会0的话则会一直等待直到为0为止。当其他线程调用countDown()方法时，则执行释放共享锁状态，使count值 - 1。当在创建CountDownLatch时初始化的count参数，必须要有count线程调用countDown方法才会使计数器count等于0，锁才会释放，前面等待的线程才会继续运行。注意CountDownLatch不能回滚重置。
应用示例
示例仍然使用开会案例。老板进入会议室等待5个人全部到达会议室才会开会。所以这里有两个线程老板等待开会线程、员工到达会议室：
public class CountDownLatchTest { private volatile static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5); /** * Boss线程，等待员工到达开会 */ static class BossThread extends Thread{ BossThread(String name){ super(name); } @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":Boss在会议室等待，总共有" + countDownLatch.getCount() + "个人开会..."); try { //Boss等待 countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":所有人都已经到齐了，开会吧..."); } } //员工到达会议室 static class EmpleoyeeThread extends Thread{ @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "，到达会议室...."); //员工到达会议室 count - 1 countDownLatch.countDown(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException{ //Boss线程启动 new BossThread("张总").start(); new BossThread("李总").start(); new BossThread("王总").start(); Thread.sleep(1000); for(int i = 0 ; i < 5 ; i++){ new EmpleoyeeThread().start(); } } }
张总:Boss在会议室等待，总共有5个人开会... 李总:Boss在会议室等待，总共有5个人开会... 王总:Boss在会议室等待，总共有5个人开会... Thread-0，到达会议室.... Thread-1，到达会议室.... Thread-2，到达会议室.... Thread-3，到达会议室.... Thread-4，到达会议室.... 张总:所有人都已经到齐了，开会吧... 王总:所有人都已经到齐了，开会吧... 李总:所有人都已经到齐了，开会吧...
