Java并发工具类-CountDownLatch解析
我们平时开发中，应该遇到过这样的需求：一个功能需要几个线程一起合作完成，然后要等这些线程都处理完成了，才能继续后续的操作。这时我们就可以选择使用CountDownLatch这个并发工具包。
使用方法
package com.demo;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 参数5表示我们需要等待的线程数
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(5);
// 启动5个子线程
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
try {
// ...
Thread.sleep(3000);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
// 子线程完成以后，调用CountDownLatch.countDown()方法
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完成");
cdl.countDown();
}
}, "线程-" + (i+1)).start();
}
// 调用调用await方法后，主线程阻塞，并等待所有子线程执行完成
cdl.await();
System.out.println("子线程全部执行完成：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
}
}
复制代码
执行结果如下：
线程-1执行完成 线程-4执行完成 线程-5执行完成 线程-2执行完成 线程-3执行完成 子线程全部执行完成：2020-03-12 12:42:41 复制代码
我们看到，主线程开启了5个子线程，调用了CountDownLatch.await()方法后主线程会进入阻塞状态，当所有子线程执行完成后，主线程才可以继续执行。
内部原理
我们通过追踪源码来研究一下CountDownLatch的内部原理。首先我们先是new了一个CountDownLatch对象，进入它的构造方法：
public class CountDownLatch {
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
// 新建一个同步器
this.sync = new Sync(count);
}
}
复制代码
这边新建了一个Sync对象，Sync是它的内部类，我们进去看下：
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
Sync(int count) {
// 将同步状态设置为指定的值
setState(count);
}
int getCount() {
return getState();
}
// 省略一些代码
...
}
复制代码
我们看到Sync继承了AbstractQueuedSynchronizer，说明CountDownLatch是基于AQS( AQS实现原理 )实现的，进入setState方法，这边只是把同步状态state赋值为我们传入的线程数。
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
...
// 将同步状态设置为5
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
}
复制代码
上述就是新建一个CountDownLatch对象的逻辑，下面看下调用await方法的做了什么，进入await方法：
public class CountDownLatch {
public void await() throws InterruptedException {
// 父类AbstractQueuedSynchronizer中实现
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
}
复制代码
acquireSharedInterruptibly这个方法在Sync的父类AbstractQueuedSynchronizer中实现：
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
...
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 获取共享锁
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
// 这边空实现，其它是交给子类去实现，我们这边是Sync
protected int tryAcquireShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();
}
}
复制代码
我们再回到Sync中，看下tryAcquireShared这个方法的实现：
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
复制代码
这边很简单，比较同步状态state，等于0就返回1，反则返回-1，一开始我们初始化成了5，所以这边返回-1。返回至AbstractQueuedSynchronizer中：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 这边返回确实小于0
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
复制代码
因为前面tryAcquireShared返回的是-1，所以这边if条件成立，进入doAcquireSharedInterruptibly方法：
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
...
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
// 当前线程包装成node放入阻塞队列
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null;
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
}
复制代码
这边我们只关注下parkAndCheckInterrupt方法：
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
// 阻塞当前线程
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
复制代码
分析到目前，我们知道主线程调用完await方法后会一直阻塞在这里。 那么它是如何被唤醒的呢？接着我们继续追踪一下CountDownLatch.countDown的实现，我们进入这个方法：
public class CountDownLatch {
...
public void countDown() {
// 调用父类AbstractQueuedSynchronizer的方法
sync.releaseShared(1);
}
}
复制代码
同样releaseShared这个方法是在父类AbstractQueuedSynchronizer中实现的：
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
public final boolean releaseShared(int arg) {
// 模板方法，调用子类Sync的tryReleaseShared方法
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
}
复制代码
tryReleaseShared是在Sync中实现的：
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
// 同步状态已经是0了就直接返回false
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
// 使用CAS操作：同步状态减1
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
复制代码
这段代码的逻辑是，每当调用一次countDown方法，同步状态state就会减1，当同步状态state减至0后就会返回true，所以当我们的最后一个子线程执行完countDown方法后，就会返回true。我们回到releaseShared方法：
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
public final boolean releaseShared(int arg) {
// 当最后一个线程执行完，tryReleaseShared返回true
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
}
复制代码
我们知道最后一个线程执行完成后，tryReleaseShared返回true，所以会进入doReleaseShared方法：
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
// 唤醒阻塞的线程
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;
}
if (h == head)
break;
}
}
复制代码
这边我们只关注下unparkSuccessor方法：
private void unparkSuccessor(Node node) {
...// 省略一些代码
if (s != null)
// 唤醒线程
LockSupport.unpark(s.thread);
}
复制代码
最终我们看到当最后子线程执行完毕后，主线程会被唤醒。
正文到此结束
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