java并发编程实战(7) 并发工具JUC之CountDownLatch

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java并发编程实战(7) 并发工具JUC之CountDownLatch

一、CountDownLatch是什么？

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CountDownLatch 是多线程控制JUt（java.util.concurrent.CountDownLatch）的一个工具类，它被称为 门阀 、 计数器 或者 闭锁 。这个工具经常用来用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）

CountDownLatch 能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。它相当于是一个计数器，这个计数器的初始值就是线程的数量，每当一个任务完成后，计数器的值就会减一，当计数器的值为 0 时，表示所有的线程都已经任务了，然后在 CountDownLatch 上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

 

二、CountDownLatch类说明和原理

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1、大概源码

1、构造函数：

CountDownLatch初始化的时候，需要提供一个整形数字count，数字代表着线程需要调用countDown()方法的次数，当计数为0时，线程才会继续执行await()方法后的其他内容。CountDownLatch(int count)

2、getCount：

       返回当前的计数count值

3、public void countDown()

      调用此方法后，会减少计数count的值。递减后如果为0，则会释放所有等待的线程

4、public void await()  throws InterruptedException

调用CountDownLatch对象的await方法后。会让当前线程阻塞，直到计数count递减至0。

如果当前线程数大于0，则当前线程在线程调度中将变得不可用，并处于休眠状态，直到发生以下两种情况之一：

1、调用countDown()方法，将计数count递减至0。

2、当前线程被其他线程打断

 

 

5、public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

同时await还提供一个带参数和返回值的方法。

如果计数count正常递减，返回0后，await方法会返回true并继续执行后续逻辑。

或是，尚未递减到0，而到达了指定的时间间隔后，方法返回false。

如果时间小于等于0，则此方法不执行等待。

 

2、原理

从源码可以看出，CountDownLatch是依赖于AbstractQueuedSynchronizer来实现这一系列逻辑的。

队列同步器AbstractQueuedSynchronizer 是一个用来构建锁和同步器的框架,它在内部定义了一个被标识为volatile的名为state的变量,用来表示同步状态。

多个线程之间可以通过AQS来独占式或共享式的抢占资源。

并且它通过内置的FIFO队列来完成线程的排队工作。

 

CountDownLatch中的Sync会优先尝试修改state的值，来获取同步状态。例如，如果某个线程成功的将state的值从0修改为1，表示成功的获取了同步状态。这个修改的过程是通过CAS完成的，所以可以保证线程安全。

反之，如果修改state失败，则会将当前线程加入到AQS的队列中，并阻塞线程。

 

三、CountDownLatch

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1、join阻塞等待线程完成

使用join保证线程一、线程二执行完之后,再执行System.out.println("主线程")

具体请看《线程同步机制：彻底搞懂相关方法wait、join、sleep、notify》

package com.javademo.demo.jucdemo;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchDemoJoin {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread1 = new Thread(new Worker1());Thread thread2 = new Thread(new Worker2());thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println("主线程结束....");}private static class Worker1 implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("-线程1执行");try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}finally {System.out.println("线程1完成--我休眠5秒");}}}private static class Worker2 implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("-线程2执行");try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}finally {System.out.println("线程2完成--我休眠3秒");}}}
}

打印结果如下：

可以看出2个线程是并行执行的。启动顺序，并不和执行完毕的顺序一致，但可以明确的是，主线程为一直阻塞，直到2个线程执行完毕。

 

使用CountDownLatch保证线程一、线程二执行完之后,再执行System.out.println("主线程结束....")

package com.javademo.demo.jucdemo;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchDemo {private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new Thread(new Worker1()).start();new Thread(new Worker2()).start();countDownLatch.await();System.out.println("主线程结束....");}private static class Worker1 implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("-线程1执行");try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}finally {System.out.println("线程1完成--我休眠5秒");countDownLatch.countDown();}}}private static class Worker2 implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("-线程2执行");try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}finally {System.out.println("线程2完成--我休眠3秒");countDownLatch.countDown();}}}
}

 

 

2、数据库连接池Druid的CountDownLatch用法

典型的应用场景就是当一个服务启动时，同时会加载很多组件和服务，这时候主线程会等待组件和服务的加载。当所有的组件和服务都加载完毕后，主线程和其他线程在一起完成某个任务。

阿里巴巴的数据库连接池Druid中也用了countDownLatch来保证初始化。
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// 开启创建连接的线程，如果线程池createScheduler为null，
//则开启单个创建连接的线程
createAndStartCreatorThread();// 开启销毁过期连接的线程
createAndStartDestroyThread();

 

 

四、CountDownLatch和Join用法的区别

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在使用join()中，多个线程只有在执行完毕之后才能被解除阻塞，而在CountDownLatch中，线程可以在任何时候任何位置调用countdown方法减少计数，通过这种方式，我们可以更好地控制线程的解除阻塞，而不是仅仅依赖于连接线程的完成。

join()方法的执行逻辑如下图所示：

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五、总结和注意事项

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CountDownLatch(int N) 中的计数器，可以让我们支持最多等待N个线程的操作完成，或是一个线程操作N次。

如果仅仅只需要等待线程的执行完毕，那么join可能就能满足。但是如果需要灵活的控制线程，使用CountDownLatch。

注意事项：countDownLatch.countDown();

这一句话尽量写在finally中，或是保证此行代码前的逻辑正常运行，因为在一些情况下，出现异常会导致无法减1，然后出现死锁。

CountDownLatch 是一次性使用的，当计数值在构造函数中初始化后，就不能再对其设置任何值，当 CountDownLatch 使用完毕，也不能再次被使用。