java線程并發(fā)控制同步工具CountDownLatch
前言
大家好,我是小郭,前面我們學(xué)習(xí)了利用Semaphore來防止多線程同時(shí)操作一個(gè)資源,通常我們都會(huì)利用并行來優(yōu)化性能,但是對(duì)于串行化的業(yè)務(wù),可能需要按順序執(zhí)行,那我們?cè)趺床拍芴幚砟??今天我們來學(xué)習(xí)另一個(gè)并發(fā)流程控制的同步工具CountDownLatch。
了解CountDownLatch
首先,CountDownLatch是一種并發(fā)流程控制的同步工具。
主要的作用是等待多個(gè)線程同時(shí)完成任務(wù)之后,再繼續(xù)完成主線程任務(wù)。
簡(jiǎn)單點(diǎn)可以理解為,幾個(gè)小伙伴一起到火鍋店聚餐,人到齊了,火鍋店才可以開飯。
思考問題:
- CountDownLatch 底層原理是什么,他是否可以代替wait / notify?
- CountDwonLatch 業(yè)務(wù)場(chǎng)景有哪些?
- 一次可以喚醒多個(gè)任務(wù)嗎?
主要參數(shù)與方法
//減少鎖存器的計(jì)數(shù),如果計(jì)數(shù)達(dá)到零,則釋放所有等待線程。
//計(jì)數(shù)器
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
//導(dǎo)致當(dāng)前線程等待,直到鎖存器遞減至零為止,除非該線程被中斷。
//火鍋店調(diào)用await的線程,count為0才能繼續(xù)執(zhí)行
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
構(gòu)造方法
//count 數(shù)量,理解為小伙伴的個(gè)數(shù)
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
//獲取剩余的數(shù)量
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
CountDownLatch底層實(shí)現(xiàn)原理
我們可以看出countDown()是CountDownLatch的核心方法,我來看下他的具體實(shí)現(xiàn)。

CountDownLatch來時(shí)繼承AQS的共享模式來完成其的實(shí)現(xiàn),從前面的學(xué)習(xí)得出AQS主要是依賴同步隊(duì)列和state實(shí)現(xiàn)控制。
共享模式:
這里與獨(dú)占鎖大多數(shù)相同,自旋過程中的退出條件是是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)是頭結(jié)點(diǎn)并且tryAcquireShared(arg)返回值大于等于0即能成功獲得同步狀態(tài).
await
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
//當(dāng)狀態(tài)不為0掛起,表示當(dāng)前線程被占有,需要線程排隊(duì)
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
//在共享模式下獲取
doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
countDown
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
//自旋防止失敗
for (;;) {
//獲取狀態(tài)
int c = getState();
//狀態(tài)為為0返回false,表示沒有被線程占有
if (c == 0) return false;
//調(diào)用cas來進(jìn)行替換,也保證了線程安全,當(dāng)為0的時(shí)候喚醒
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
//當(dāng)任務(wù)數(shù)量為0,aqs的釋放共享鎖
void doReleaseShared()
private void doReleaseShared() {
/*
* Ensure that a release propagates, even if there are other
* in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual
* way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
* signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
* ensure that upon release, propagation continues.
* Additionally, we must loop in case a new node is added
* while we are doing this. Also, unlike other uses of
* unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
* fails, if so rechecking.
*/
// 無限循環(huán)
for (;;) {
// 保存頭節(jié)點(diǎn)
Node h = head;
// 頭節(jié)點(diǎn)不為空并且頭節(jié)點(diǎn)不為尾結(jié)點(diǎn)
if (h != null && h != tail) {
// 獲取頭節(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
// 狀態(tài)為SIGNAL,CAS更新狀態(tài)
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
// 釋放后繼結(jié)點(diǎn)
unparkSuccessor(h);
}
// 狀態(tài)為0并且更新不成功,繼續(xù)
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) //
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // 若頭節(jié)點(diǎn)改變,繼續(xù)循環(huán)
break;
}
}
思考
- 如何安排線程排序
個(gè)人認(rèn)為,沒有進(jìn)行線程的排序,而是讓一部分線程進(jìn)入等待,在喚醒的時(shí)候放開。
執(zhí)行流程圖

實(shí)踐
用法一:
一個(gè)線程等待其他多個(gè)線程都執(zhí)行完畢,再繼續(xù)自己的工作
public class CountDownLatchTest {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(4);
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
IntStream.range(0,16).forEach(i ->{
executorService.submit(()->{
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "來火鍋店吃火鍋!");
try {
Thread.sleep(1000);
countDownLatch.countDown();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我到火鍋店了,準(zhǔn)備開吃!");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
});
});
try {
countDownLatch.await(5,TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("人到齊了,開飯");
executorService.shutdown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
輸出結(jié)果

代碼中設(shè)置了一個(gè)CountDownLatch做倒計(jì)時(shí),四個(gè)人(count為4)一起到火鍋店吃飯,每到一個(gè)人計(jì)數(shù)器就減去1(countDownLatch.countDown()),當(dāng)計(jì)數(shù)器為0的時(shí)候,main線程在await的阻塞結(jié)束,繼續(xù)往下執(zhí)行。
用法二:
多個(gè)線程等待某一個(gè)線程的信號(hào),同時(shí)開始執(zhí)行
用搶位子作為例子,將線程掛起等待,同時(shí)開始執(zhí)行。
public class CountDownLatchTest2 {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
IntStream.range(0,4).forEach(i ->{
executorService.submit(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "準(zhǔn)備開始搶位子!");
try {
//Thread.sleep(1000);
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "搶到了位置");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
});
try {
Thread.sleep(5000);
System.out.println("五秒后開始搶位置");
countDownLatch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
executorService.shutdown();
}
}
注意點(diǎn)
CountDownLatch是不能重用的。
總結(jié)
我們可以看到CountDownLatch的使用很簡(jiǎn)單,就當(dāng)做一個(gè)計(jì)時(shí)器來使用,在控制并發(fā)方面能給我們提供幫助。
- 在構(gòu)造器中初始化任務(wù)數(shù)量
- 調(diào)用await()掛起主線程main
- 調(diào)用countDown()方法減一,直到為0的時(shí)候,喚醒主線程可以繼續(xù)運(yùn)行。
上面提供的兩個(gè)用法,我們也可以結(jié)合起來使用。
在實(shí)際的業(yè)務(wù)代碼開發(fā)中,利用CountDownLatch來進(jìn)行業(yè)務(wù)方法的執(zhí)行,來確定他們的順序,解決一個(gè)線程等待多個(gè)線程的場(chǎng)景
以上就是java線程并發(fā)控制同步工具CountDownLatch的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于java線程并發(fā)CountDownLatch的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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