JUC - CountDownLach原理分析

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 CountDownLach闭锁
背景

• CountDownLatch是在Java1.5被引入，跟它一起被引入的工具类还有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrenthashMap和BlockingQueue。
• 在java.util.cucurrent包下。

概念

• CountDownLatch这个类使一个线程等待其它线程各自执行完毕后再执行。
• 是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值是线程的数量。每当一个线程执行完毕后，计数器的值就-1，当计数器的值为0时，表示所有线程都执行完毕，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复工作来。

源码

• countDownLatch类中只提供了一个构造器

public CountDownLatch(int count) { 
  if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); 
     this.sync = new Sync(count); 
} 

• 类中有三个方法是最重要的

// 调用await()方法的线程会被挂起，它会等待直到count值为0才继续执行 
public void await() throws InterruptedException { 
        sync.acquireSharedInterruptibly(1); 
    }//和await()方法类似，只不过等待一定的时间后count值还没变为0的化就会继续执行 
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) 
        throws InterruptedException {        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout)); 
    }//将count值减1 
public void countDown() {        sync.releaseShared(1); 
    } 

示例
普通示例：

public class CountDownLatchTest { 
    public static void main(String[] args) { 
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2); 
        System.out.println("主线程开始执行…… ……"); 
        //第一个子线程执行 
        ExecutorService es1 = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
        es1.execute(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                try { 
                    Thread.sleep(3000); 
                    System.out.println("子线程："+Thread.currentThread().getName()+"执行"); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
                latch.countDown(); 
            } 
        }); 
        es1.shutdown(); 
        //第二个子线程执行 
        ExecutorService es2 = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
        es2.execute(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                try { 
                    Thread.sleep(3000); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
                System.out.println("子线程："+Thread.currentThread().getName()+"执行"); 
                latch.countDown(); 
            } 
        }); 
        es2.shutdown(); 
        System.out.println("等待两个线程执行完毕…… ……"); 
        try { 
            latch.await(); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        System.out.println("两个子线程都执行完毕，继续执行主线程"); 
    } 
} 

结果集：

主线程开始执行…… …… 
等待两个线程执行完毕…… ……子线程：pool-1-thread-1执行子线程：pool-2-thread-1执行两个子线程都执行完毕，继续执行主线程 

模拟并发示例：

public class Parallellimit { 
    public static void main(String[] args) { 
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();        CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(100); 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            CountRunnable runnable = new CountRunnable(cdl); 
            pool.execute(runnable);        }    }} class CountRunnable implements Runnable { 
    private CountDownLatch countDownLatch; 
    public CountRunnable(CountDownLatch countDownLatch) { 
        this.countDownLatch = countDownLatch; 
    }    @Override 
    public void run() { 
        try { 
            synchronized (countDownLatch) {                /*** 每次减少一个容量*/ 
                countDownLatch.countDown();                System.out.println("thread counts = " + (countDownLatch.getCount())); 
            }            countDownLatch.await(); 
            System.out.println("concurrency counts = " + (100 - countDownLatch.getCount())); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace();        }    }} 

源码分析

public class CountDownLatch { 
    //继承AQS来实现他的模板方法（tryAcquireShared，tryReleaseShared） 
    private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {       //计数个数Count 
        Sync(int count) { 
            setState(count);        }        int getCount() { 
            return getState(); 
        }      //AQS方法getState()，返回同步状态，这里指计数器值        protected int tryAcquireShared(int acquires) { 
            return (getState() == 0) ? 1 : -1; 
        }       //循环+cas重试 直到计数器为0 跳出，则release（实现aqs共享模式释放方法） 
        protected boolean tryReleaseShared(int releases) { 
            // Decrement count; signal when transition to zero 
            for (;;) { 
                int c = getState(); 
                if (c == 0) 
                    return false; 
                int nextc = c-1; 
                if (compareAndSetState(c, nextc)) 
                    return nextc == 0; 
            }        }    }    private final Sync sync;   //实例化 
    public CountDownLatch(int count) { 
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); 
        this.sync = new Sync(count);    }    public void await() throws InterruptedException {        sync.acquireSharedInterruptibly(1); 
    }  //带有一个超时时间的awit    public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout)); 
    }      public void countDown() {        sync.releaseShared(1); 
    }    public long getCount() {        return sync.getCount(); 
    }} 

总结
CountDownLatch 和 Semaphore 一样都是共享模式下资源问题，这些源码实现AQS的模版方法，然后使用CAS+循环重试实现自己的功能。在RT多个资源调用，或者执行某种操作依赖其他操作完成下可以发挥这个计数器的作用。