Java多线程同步工具类之CountDownLatch
在过去我们实现多线程同步的代码中，往往使用join()、wait()、notiyAll()等线程间通信的方式，随着JUC包的不断的完善，java为我们提供了丰富同步工具类，官方也鼓励我们使用工具类来实现多线程的同步，今天我们就对其中CountDownLatch类的使用与底层实现进行分析与总结。
一、CountDownLatch使用
CountDownLatch其实可以看做一个计数器，统计多个线程执行完成的情况，适用于控制一个或多个线程等待，直到所有线程都执行完毕的场景，类似与Thread.join()的作用。下面我们通过一个简单的例子看下CountDownLatch的使用。
public static void main(String[] args) { final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5); // 启动计数线程 for (int i = 0; i < 5; i++) { new CountDownLatchThread(i, countDownLatch).start(); } // 启动等待线程 for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread() { public void run() { try { countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } System.out.println("计数完毕了," + Thread.currentThread().getName() + "等待线程执行"); } }.start(); } }
计数线程代码：
public class CountDownLatchThread extends Thread { private CountDownLatch countDownLatch; private int name; private int count; public CountDownLatchThread(int name, CountDownLatch countDownLatch) { this.name = name; this.countDownLatch = countDownLatch; this.count = 0; } public void run() { try { for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread.sleep(100); count++; } System.out.println(name + "号线程--" + Thread.currentThread().getName() + "--计数完成了"); countDownLatch.countDown(); } catch (Exception e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }
输出结果：
1号线程--Thread-1--计数完成了 0号线程--Thread-0--计数完成了 4号线程--Thread-4--计数完成了 2号线程--Thread-2--计数完成了 3号线程--Thread-3--计数完成了 计数完毕了,Thread-5等待线程执行 计数完毕了,Thread-6等待线程执行 计数完毕了,Thread-7等待线程执行 计数完毕了,Thread-8等待线程执行 计数完毕了,Thread-9等待线程执行
通过上面的例子可以看到，利用CountDownLatch的countDown方法与await()方法，我们可以同步计数线程与等待线程，使等待线程在所有计数线程完成后再开始运行。
二、CountDownLatch源码分析
接下来我们对countDownLatch内部源码进行一下分析。
1、CountDownLatch的构造。
首先看下CountDownLatch的构造函数
public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); this.sync = new Sync(count); }
CountDownLatch的构造函数会接收一个count值做为计数器，也就是如果你需要等待N个线程执行结束，那这里就传入N。同时CountDownLatch会实例化一个Sync对象，这个Sync其实是CountDownLatch内部定义的一个继承自AbstractQueuedSynchronizer的实现类，所以CountDownLatch提供的同步和其他功能都是围绕Sync这个子类实现的，也就是基于AbstractQueuedSynchronizer类来实现的。
我们来看下Sync这个类的定义
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L; /** 1、设置AbstractQueuedSynchronizer中同步状态的值state，也就是计数器的值。 2、这个值volatile变量，必须保证线程间的可见性； **/ Sync(int count) { setState(count); } int getCount() { return getState(); } //获取同步状态的值 protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } protected boolean tryReleaseShared(int releases) { // 通过CAS操作改变同步状态值，保证同步状态的值state的线程安全。 for (;;) { int c = getState(); if (c == 0) return false; int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } } }
2、countDown方法
首先我们看下countDown方法的源码
public void countDown() {
//改变同步状态值，线程执行完成时计数器减一
sync.releaseShared(1);
}
AbstractQueuedSynchronizer类中releaseShared() 方法的源码
public final boolean releaseShared(int arg) { // CountDownLatch定义的子类Sync实现，通过CAS操作改变State的值 if (tryReleaseShared(arg)) { //State以递减为0，代表着所有执行线程执行完毕，共享模式下释放锁，那么等待线程就能够拿到锁往下执行。 doReleaseShared(); return true; } return false; }
当调用CountDownLatch的countDown方法时，就会执行计数器进行减一操作，直到所有线程全部执行完毕，计算器为0时唤醒等待线程。
AbstractQueuedSynchronizer中doReleaseShared方法是执行共享模式下释放锁的操作，从而让等待线程获取锁，继续向下执行。
3、await方法
public void await() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); }
AbstractQueuedSynchronizer类中acquireSharedInterruptibly() 方法的源码
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); //获取同步状态值 if (tryAcquireShared(arg) < 0) //同步状态值即计数器的值不为0，等待线程共享模式下尝试获取锁，获取不到锁的话进入阻塞 doAcquireSharedInterruptibly(arg); }
await方法的实现也很明确，首页获取同步状态也就是计数器的值，如果为0即所有线程执行完毕返回1，否则返回-1的话，等待线程在共享模式下尝试获取锁，获取不到锁的话进入阻塞；
AbstractQueuedSynchronizer中doAcquireSharedInterruptibly方法是执行共享模式下获取锁的操作；
三、总结
通过上面分析可以看到CountDownLatch是基于AbstractQueuedSynchronizer类实现的，一个非常实用的多线程控制工具类，它类似与一个计数器用来控制指定的线程等待，直到计数器归零。以上我们对CountDownLatch类的使用与核心方法的源码进行了一定的分析，其中如有不足与不正确的地方还望指出与海涵。
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