CountDownLatch深度剖析

1. 场景引入

　　　　日常开发中，有个需求，要求主线程开启多个线程去并行执行任务，并且主线程需要等待所有的子线程执行完成后进行汇总。我们很容易找到 jion()方法来实现这个功能

　　

缺点：由于工作中，我们不会直接创建线程，一般都是交给线程池处理，那么我们就没法对线程池里的线程调用join()方法了。

　　2.需求升级

　　　　主线程不必等所有的子线程全部执行完成就可以进行汇总，并且子线程还能执行其他的无关的功能。查阅JUC包，我们发现CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore均可以实现这个功能。

今天我们主要学习一下CountDownLatch

3. join 和 CountDownLatch比较

• 调用一个子线程的join()方法后，该线程(主线程)会一直被阻塞，直到子线程运行完成。而CountDownLatch使用计数器，在调用countDown()方法递减计数，在计数器为0时，唤醒阻塞的线程，而不必等到子线程执行完成。
• 在使用线程池执行任务时，join()方法不能使用，CountDownLatch的使用更加灵活。

4. 源码走读

public CountDownLatch(int count) {
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        // 底层是AQS，构造函数的入参传递给AQS的state属性
        this.sync = new CountDownLatch.Sync(count);
    }

// 调用该方法，计数器的值递减，当计数器的值为0则唤醒所有因调用该方法而阻塞的线程，
//否则什么也不做
public void countDown() {
        // 委托sync调用AQS的方法
        sync.releaseShared(1);
    }
 
public final boolean releaseShared(int arg) {
        // 调用sync实现的tryReleaseShared方法
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            // AQS的释放资源方法，唤醒由于调用await方法而阻塞的线程，此时阻塞线程往下执行，但是不影响子线程调用countDown方法后面的代码的继续执行
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
         // 循环进行cas，直到当前线程成功完成计数器减一并更新到state
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                int nextc = c - 1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    return nextc == 0;
            }
        }

public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
 
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        // 判断state是否为0
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            // 如果不为0，则将当前线程加入到AQS的队列等待
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }
 
// 单纯的判断AQS的state是否为0
protected int tryAcquireShared(int acquires) {do
            return (getState() == 0) ? 1 : -1;
        }

5. 总结

CountDownLatch基于AQS实现(CountDownLatch静态内部类Sync)。使用AQS的状态值state来存放计数器的值。首先在初始化的时候，设置状态值(计数器的值)，当多个线程调用countDown()方法时，实际上是对AQS进行原子性递减。当有线程调用await()方法时后，该线程会被放入AQS的阻塞队列等待计数器为0再返回。其他线程调用 countDown 方法让计数器值递减1，当计数器的值变为0时，当前线程还要调用AQS的 doReleaseShared 方法来激活由于调用 await 方法而阻塞的线程。