java并发学习-CountDownLatch实现原理全面讲解

CountDownLatch在多线程并发编程中充当一个计时器的功能，并且维护一个count的变量，并且其操作都是原子操作。

如下图，内部有下static final的Sync类继承自AQS.

该类主要通过countDown()和await()两个方法实现功能的，首先通过建立CountDownLatch对象，并且传入参数即为count初始值。

如果一个线程调用了await()方法，那么这个线程便进入阻塞状态，并进入阻塞队列。

如果一个线程调用了countDown()方法，则会使count-1；当count的值为0时，这时候阻塞队列中调用await()方法的线程便会逐个被唤醒，从而进入后续的操作。

补充：Java并发包中CountDownLatch的工作原理、使用示例

1. CountDownLatch的介绍

CountDownLatch是一个同步工具，它主要用线程执行之间的协作。CountDownLatch 的作用和 Thread.join() 方法类似，让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作后才被唤醒。在直接创建线程的年代（Java 5.0 之前），我们可以使用 Thread.join()。在线程池出现后，因为线程池中的线程不能直接被引用，所以就必须使用 CountDownLatch 了。

CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，这些线程会阻塞。其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会阻塞)，当计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行。

实现原理：计数器的值由构造函数传入，并用它初始化AQS的state值。当线程调用await方法时会检查state的值是否为0，如果是就直接返回（即不会阻塞）；如果不是，将表示该节点的线程入列，然后将自身阻塞。当其它线程调用countDown方法会将计数器减1，然后判断计数器的值是否为0，当它为0时，会唤醒队列中的第一个节点，由于CountDownLatch使用了AQS的共享模式，所以第一个节点被唤醒后又会唤醒第二个节点，以此类推，使得所有因await方法阻塞的线程都能被唤醒而继续执行。

从源代码和实现原理中可以看出一个CountDownLatch对象，只能使用一次，不能重复使用。

await方法源码

1. public void await() throws InterruptedException { 
2. sync.acquireSharedInterruptibly(1); 
3. } 
4.   
5. public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) 
6. throws InterruptedException { 
7. if (Thread.interrupted()) 
8. throw new InterruptedException(); 
9. if (tryAcquireShared(arg) < 0) 
10. doAcquireSharedInterruptibly(arg); 
11. } 
12.   
13. protected int tryAcquireShared(int acquires) { 
14. return (getState() == 0) ? 1 : -1; 
15. } 

doAcquireSharedInterruptibly 主要实现线程的入列与阻塞。

countDown方法

1. public void countDown() {
2. sync.releaseShared(1);
3. }
4.  
5. public final boolean releaseShared(int arg) {
6. if (tryReleaseShared(arg)) {
7. doReleaseShared();
8. return true;
9. }
10. return false;
11. }
12.  
13. protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
14. // Decrement count; signal when transition to zero
15. for (;;) {
16. int c = getState();
17. if (c == 0)
18. return false;
19. int nextc = c-1;
20. if (compareAndSetState(c, nextc))
21. return nextc == 0;
22. }
23. }

doReleaseShared主要实现唤醒第一个节点，第一个节点有会唤醒第二个节点，……。

2. 使用示例

1. package demo;
2. import java.util.Random;
3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
4. import java.util.concurrent.ExecutorService;
5. import java.util.concurrent.Executors;
6. public class CountDownLatchDemo {
7. private CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(2);
8. private Random rnd = new Random();
9.  
10. class FirstTask implements Runnable{
11. private String id;
12.  
13. public FirstTask(String id){
14. this.id = id;
15. }
16.  
17. @Override
18. public void run(){
19. System.out.println("Thread "+ id + " is start");
20. try {
21. Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
22. } catch (InterruptedException e) {
23. e.printStackTrace();
24. }
25. System.out.println("Thread "+ id + " is over");
26. cdl.countDown();
27. }
28. }
29.  
30. class SecondTask implements Runnable{
31. private String id;
32.  
33. public SecondTask(String id){
34. this.id = id;
35. }
36.  
37. @Override
38. public void run(){
39. try {
40. cdl.await();
41. } catch (InterruptedException e) {
42. e.printStackTrace();
43. }
44. System.out.println("----------Thread "+ id + " is start");
45. try {
46. Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
47. } catch (InterruptedException e) {
48. e.printStackTrace();
49. }
50. System.out.println("----------Thread "+ id + " is over");
51. }
52. }
53.  
54. public static void main(String[] args){
55. ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
56. CountDownLatchDemo cdld = new CountDownLatchDemo();
57. es.submit(cdld.new SecondTask("c"));
58. es.submit(cdld.new SecondTask("d"));
59. es.submit(cdld.new FirstTask("a"));
60. es.submit(cdld.new FirstTask("b"));
61. es.shutdown();
62. }
63. }

在这个示例中，我们创建了四个线程a、b、c、d，这四个线程几乎同时提交给了线程池。c线程和d线程会在a线程和b线程结束后开始执行。

运行结果

1. Thread a is start
2. Thread b is start
3. Thread b is over
4. Thread a is over
5. ----------Thread c is start
6. ----------Thread d is start
7. ----------Thread d is over
8. ----------Thread c is over

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持服务器之家。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教。

原文链接：https://blog.csdn.net/kangbin825/article/details/105397247