多线程之CountDownLatch的用法及原理笔记

前言-CountDownLatch是什么？

CountDownLatch是具有synchronized机制的一个工具，目的是让一个或者多个线程等待，直到其他线程的一系列操作完成。

CountDownLatch初始化的时候，需要提供一个整形数字，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);

对象中的方法

getCount：
返回当前的计数count值，

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

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。

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。

实际案例

join阻塞等待线程完成

首先建立3个线程。

public class Worker1 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("-线程1启动");
        try {
            Thread.sleep(13_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程1完成--我休眠13秒\r\n");
    }
}

public class Worker2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("-线程2启动");
        try {
            Thread.sleep(3_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程2完成--我休眠3秒\r\n");
    }
}

public class Worker3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("-线程3启动");
        try {
            Thread.sleep(3_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


        try {
            Thread.sleep(3_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程3完成--我休眠6秒\r\n");
        System.out.println();
    }
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Worker1 worker1 = new Worker1();
        Worker2 worker2 = new Worker2();
        Worker3 worker3 = new Worker3();

        Thread thread1 = new Thread(worker1,"线程1");
        Thread thread2 = new Thread(worker2,"线程2");
        Thread thread3 = new Thread(worker3,"线程3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();

        thread1.join();
        thread2.join();
        thread3.join();
        System.out.println("主线程结束....");

    }
}

打印结果如下：

-线程3启动
-线程2启动
-线程1启动
线程2完成--我休眠3秒
线程3完成--我休眠6秒

线程1完成--我休眠13秒

主线程结束....
Process finished with exit code 0

可以看出三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，直到三个线程执行完毕。

CountDownLatch用法

阿里巴巴的数据库连接池Druid中也用了countDownLatch来保证初始化。
file

// 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();

自己编写一个例子：
这里模拟一种情况：
主线程依赖线程A初始化三个数据，才能继续加载后续逻辑。

file

public class CountDownArticle {
    /**
     * 模拟 主线程 依赖 线程A初始化一个数据，才能继续加载后续逻辑
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AtomicReference<String> key = new AtomicReference<>("");
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
            Thread t = new Thread(() -> {
            try {

                //休眠5秒，模拟数据的初始化
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

                key.set("核心秘钥123456");
                System.out.println("数据1初始化完毕");

                //释放---此处可以在任何位置调用，很灵活
                countDownLatch.countDown();

                System.out.println("数据2初始化完毕");
                countDownLatch.countDown();

                System.out.println("数据3初始化完毕");
                countDownLatch.countDown();

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        });
        t.start();

        //等待数据初始化，阻塞
        countDownLatch.await();
        System.out.println("key：" + key.get());
    }
}

打印内容如下：

数据1初始化完毕
数据2初始化完毕
数据3初始化完毕
key：核心秘钥123456

CountDownLatch和Join用法的区别？

在使用join()中，多个线程只有在执行完毕之后欧才能被解除阻塞，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：

file

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。

file

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。

总结

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一，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。

写在最后

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