Java CountDownLatch的源碼硬核解析
前言
對于并發(fā)執(zhí)行,Java中的CountDownLatch
是一個重要的類,簡單理解, CountDownLatch
中count down
是倒數(shù)的意思,latch則是“門閂”的含義。在數(shù)量倒數(shù)到0的時候,打開“門閂”, 一起走,否則都等待在“門閂”的地方。
為了更好的理解CountDownLatch
這個類,本文通過例子和源碼帶領大家深入解析這個類的原理。
介紹和使用
例子
我們先通過一個例子快速理解下CountDownLatch
的妙處。
最近LOL S12賽如火如荼舉行,比如我們玩王者榮耀的時候,10個萬玩家登入游戲,每個玩家的網(wǎng)速可能不一樣,只有每個人進度條走完,才會一起來到王者峽谷,網(wǎng)速快的要等網(wǎng)速慢的。我們通過例子模擬下這個過程。
@Slf4j(topic = "a.CountDownLatchTest") public class CountDownLatchTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 創(chuàng)建一個倒時器,默認10個數(shù)量 CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10); ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10); // 設置進度數(shù)據(jù) String[] personProcess = new String[10]; Random random = new Random(); for (int i = 0; i < 10; i++) { int finalJ = i; service.submit(() -> { // 模擬10個人的進度條 for (int j = 0; j <= 100; j++) { // 模擬網(wǎng)速快慢,隨機生成 try { Thread.sleep(random.nextInt(100)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 設置進度數(shù)據(jù) personProcess[finalJ] = j + "%"; log.info("{}", Arrays.toString(personProcess)); } // 運行結束,倒時器 - 1 latch.countDown(); }); } // 打開"閥門" latch.await(); log.info("王者峽谷到了"); service.shutdown(); } }
運行結果:
概述
CountDownLatch
一般用作多線程倒計時計數(shù)器,強制它們等待其他一組(CountDownLatch
的初始化決定)任務執(zhí)行完成。
構造器:
public CountDownLatch(int count)
:設置倒數(shù)器需要倒數(shù)的數(shù)量
常用API:
public void await() throws InterruptedException
:調用await()方法的線程會被掛起,等待直到count值為0再繼續(xù)執(zhí)行。public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
:同await(),若等待timeout時長后,count值還是沒有變?yōu)?,不再等待,繼續(xù)執(zhí)行。時間單位如下常用的毫秒、天、小時、微秒、分鐘、納秒、秒。public void countDown()
: count值遞減1public long getCount()
:獲取當前count值
常見使用場景:
一個程序中有N個任務在執(zhí)行,我們可以創(chuàng)建值為N的CountDownLatch,當每個任務完成后,調用一下countDown()方法進行遞減count值,再在主線程中使用await()方法等待任務執(zhí)行完成,主線程繼續(xù)執(zhí)行。
實現(xiàn)思路
通過前面的例子和介紹我們知道CountDownLatch的大致使用流程:
- 創(chuàng)建
CountDownLatch
并設置計數(shù)器值。 - 啟動多線程并且調用
CountDownLatch
實例的countDown()
方法。 - 主線程調用
await()
方法,這樣主線程的操作就會在這個方法上阻塞,直到其他線程完成各自的任務,count值為0,停止阻塞,主線程繼續(xù)執(zhí)行。
不妨我們先思考下,它是怎么實現(xiàn)的呢?我們可以問自己幾個問題?
- 如何做到可以讓主線程阻塞等待在那里?是不是可以調用
LockSupport.park()
方法進行阻塞。 - 那么什么時候該阻塞呢?我們需要有個變量,比如state, 如果state大于0,就阻塞主線程。
- 那么什么時候該喚醒呢,又如何喚醒呢?如果任務執(zhí)行完成后,我們讓state 減去1,也就是調用
countDown()
方法,如果發(fā)現(xiàn)state是0,那么就調用LockSupport.unpark()
喚醒此前阻塞的地方,繼續(xù)執(zhí)行。
是不是很熟悉,這就是我們的AQS共享模式的實現(xiàn)原理啊,不了解AQS共享模式的可以參考本篇文章:深入淺出理解Java并發(fā)AQS的共享鎖模式
我們把思路理清楚后,直接看CountDownLatch
的源碼。
源碼解析
類結構圖
以上是CountDownLatch
的類結構圖,
Sync
是CountDownLatch
的內部類,被成員變量sync
持有。Sync
繼承了AbstractQueuedSynchronizer
,也就是我們大名鼎鼎的AQS。
await() 實現(xiàn)原理
1.線程調用 await()
會阻塞等待其他線程完成任務
// CountDownLatch#await public void await() throws InterruptedException { // 調用AbstractQueuedSynchronizer的acquireSharedInterruptibly方法 sync.acquireSharedInterruptibly(1); } // AbstractQueuedSynchronizer#acquireSharedInterruptibly public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { // 判斷線程是否被打斷,拋出打斷異常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 嘗試獲取共享鎖 // 條件成立說明 state > 0,此時線程入隊阻塞等待,等待其他線程獲取共享資源 // 條件不成立說明 state = 0,此時不需要阻塞線程,直接結束函數(shù)調用 if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 阻塞當前線程的邏輯 doAcquireSharedInterruptibly(arg); } // CountDownLatch.Sync#tryAcquireShared protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; }
2.doAcquireSharedInterruptibly()
方法是實現(xiàn)線程阻塞的核心邏輯
// AbstractQueuedSynchronizer#doAcquireSharedInterruptibly private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { // 將調用latch.await()方法的線程 包裝成 SHARED 類型的 node 加入到 AQS 的阻塞隊列中 final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { for (;;) { // 獲取當前節(jié)點的前驅節(jié)點 final Node p = node.predecessor(); // 前驅節(jié)點時頭節(jié)點就可以嘗試獲取鎖 if (p == head) { // 再次嘗試獲取鎖,獲取成功返回 1 int r = tryAcquireShared(arg); if (r >= 0) { // 獲取鎖成功,設置當前節(jié)點為 head 節(jié)點,并且向后傳播 setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC failed = false; return; } } // 阻塞在這里 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) throw new InterruptedException(); } } finally { // 阻塞線程被中斷后拋出異常,進入取消節(jié)點的邏輯 if (failed) cancelAcquire(node); } }
3.parkAndCheckInterrupt()
方法中會進行阻塞操作
private final boolean parkAndCheckInterrupt() { // 阻塞線程 LockSupport.park(this); return Thread.interrupted(); }
countDown()實現(xiàn)原理
1.任務結束調用 countDown()
完成計數(shù)器減一(釋放鎖)的操作
public void countDown() { sync.releaseShared(1); } public final boolean releaseShared(int arg) { // 嘗試釋放共享鎖 if (tryReleaseShared(arg)) { // 釋放鎖成功開始喚醒阻塞節(jié)點 doReleaseShared(); return true; } return false; }
2.調用tryReleaseShared()
方法嘗試釋放鎖,true表示state等于0,去喚醒阻塞線程。
protected boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { int c = getState(); // 條件成立說明前面【已經(jīng)有線程觸發(fā)喚醒操作】了,這里返回 false if (c == 0) return false; // 計數(shù)器減一 int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c, nextc)) // 計數(shù)器為 0 時返回 true return nextc == 0; } }
3.調用doReleaseShared()
喚醒阻塞的節(jié)點
private void doReleaseShared() { for (;;) { Node h = head; // 判斷隊列是否是空隊列 if (h != null && h != tail) { int ws = h.waitStatus; // 頭節(jié)點的狀態(tài)為 signal,說明后繼節(jié)點沒有被喚醒過 if (ws == Node.SIGNAL) { // cas 設置頭節(jié)點的狀態(tài)為 0,設置失敗繼續(xù)自旋 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // 喚醒后繼節(jié)點 unparkSuccessor(h); } // 如果有其他線程已經(jīng)設置了頭節(jié)點的狀態(tài),重新設置為 PROPAGATE 傳播屬性 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; } // 條件不成立說明被喚醒的節(jié)點非常積極,直接將自己設置為了新的head, // 此時喚醒它的節(jié)點(前驅)執(zhí)行 h == head 不成立,所以不會跳出循環(huán),會繼續(xù)喚醒新的 head 節(jié)點的后繼節(jié)點 if (h == head) break; } }
以上就是Java CountDownLatch的源碼硬核解析的詳細內容,更多關于Java CountDownLatch的資料請關注腳本之家其它相關文章!
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