java并发编程实战(7) 并发工具JUC之CountDownLatch

╰半橙微兮° 2022-05-08 07:00 413阅读 0赞

# 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 ##

## ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hndWlzdQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][] ##

**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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hndWlzdQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

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》 ][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 {
            @Override
            public 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 {
            @Override
            public 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：

![20210330190046885.png][]

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 {
            @Override
            public 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 {
            @Override
            public 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。  
![image.png][]

// 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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hndWlzdQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

# 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。

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[wait_join_sleep_notify_]: https://guisu.blog.csdn.net/article/details/107556233
[20210330190046885.png]: /images/20220508/e6fd96a5e3b9450b909dcbb56be9b2fa.png
[image.png]: /images/20220508/2ea78f48412e4f07b9c75f62b9b827b3.png
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