Java高并发编程基础三大利器之CountDownLatch

2023-08-27 19:15:04

引言

上一篇文章我们介绍了AQS的信号量Semaphore《Java高并发编程基础三大利器之Semaphore》，接下来应该轮到CountDownLatch了。

什么是CountDownLatch

CountDownLatch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，计数器的值就减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（调用await方法的线程）等待的线程就可以恢复工作了。

应用场景

CountDownLatch可以用来干什么呢？有什么应用场景？实际项目中有应用的场景吗？这应该才是大家比较关心的。我们先来看看官网提供的例子是如何进行应用的https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/CountDownLatch.html
官方提供了两个demo我直接把它转成了图片顺带推荐下这个代码转图片的网址https://www.dute.org/code-snapshot 还挺好用的。

官网demo1

The first is a start signal that prevents any worker from proceeding until the driver is ready for them to proceed;
The second is a completion signal that allows the driver to wait until all workers have completed.

第一个开始信号(startSignal)会阻止任何工人(worker )开始工作，在司机到来之前。说白了就是司机没来工人就不能干活。
第二个是完成信号（doneSignal)，允许司机 Driver 等待，直到所有的工人完成.说白了就是司机要等到所有工人完工为止。

官网demo2

Another typical usage would be to divide a problem into N parts, describe each part with a Runnable that executes that portion and counts down on the latch, and queue all the Runnables to an Executor. When all sub-parts are complete, the coordinating thread will be able to pass through await.

另一种典型的用法就是把一个大任务拆分N个部分，让多个线程（Worker）执行，每个线程（Worker）执行完自己的部分计数器就减1，当所有子部分都完成后，Driver 才继续向下执行才继续执行。
就好比富士康手机加工的流水线一样，组装一步手机需要一条条的流水线来相互配合完成。一条条流水线（Worker），每条线都干自己的活。有的流水线是贴膜的，有的流水线是打螺丝的，有的流水线是质检的、有的流水线充电的、有的流水线贴膜的。等这些流水线都干完了就把一部手机组装完成了。

上面两个就是官方提供的demo，下面我再来两个我们平时开发中可以用到的栗子：

多个线程等待：模拟并发，让并发线程一起执行。

有时候我们写了接口想去压测下它，看看它的最大并发数大概是多少。当然我们可以使用Jmeter来进行压测，但是有时候我们不想去下载工具，其实就可以借助CountDownLatch来实现。

/**
 * @author: 公众号：java金融
 */
public class TestCountDownLatch1 {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
               new Thread(() -> {
                    try {
                         //所有请求都阻塞在这，等待
                         countDownLatch.await();
                         // 调用测试接口
                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行……");
                    } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                    }
               }).start();
          }
          // 让请求都准备好
          Thread.sleep(2000);
          // 让所有请求统一请求
          countDownLatch.countDown();
     }
}

我们通过CountDownLatch.await()，让多个参与者线程启动后阻塞等待，然后在主线程调用CountDownLatch.countdown() 将计数减为0，让所有线程一起往下执行；以此实现了多个线程在同一时刻并发执行，来模拟并发请求的目的。

单个线程等待：多个线程(任务)完成后，进行汇总合并

/**
 * @author: 公众号：java金融
 */
public class TestCountDownLatch1 {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          int count = 3;
          CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);
          for (int i = 0; i < count; i++) {
               final int index = i;
               new Thread(() -> {
                    try {
                         Thread.sleep(1000 + ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000));
                         System.out.println("finish" + index + Thread.currentThread().getName());
                    } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                    }finally{
                        countDownLatch.countDown();
                    }
               }).start();
          }
          countDownLatch.await();// 主线程在阻塞，当计数器==0，就唤醒主线程往下执行。
          System.out.println("主线程:在所有任务运行完成后，进行结果汇总");
     }
}

这种场景应该是用的最多了,比如我们打开一个电商的个人中心页面，我们需要调用，用户信息接口、用户订单接口、用户会员信息等接口，然后合并后一起给到前端，假设每个接口最长耗时为1s，如果我们同步调用的话最大耗时时间是3s，如果我们采用异步调用然后合并结果，所以最大的耗时时间是3s。每个接口调用返回数据后调用countDown方法，让计数器进行减1，当把计数器减为0时的这个线程会去唤醒主线程，让它继续往下走。

CountDownLatch 实现原理

CountDownLatch是通过AQS的state字段来实现的一个计数器，计数器的初始值（state的值）为new CountDownLatch设置的数量，每次调用countDown的时候，state的值会进行减1，最后某个线程将state值减为0时，会把调用了await()进行阻塞等待的线程进行唤醒。CountDownLatch重写了tryReleaseShared这个方法，只有当state这个字段被设置为0时，也就是tryReleaseShared返回true的情况就会执行doReleaseShared方法，把调用了await的线程进行唤醒。

  public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
 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;
            }
        }

CountDownLatch的其他源码就不进行分析了，
相信看了这两篇文章《Java高并发编程基础之AQS》、《Java高并发编程基础三大利器之Semaphore》再来看这个还是比较轻松的。

总结

CountDownLatch不能重新初始化或者修改CountDownLatch内部计数器的值。
CountDownLatch和Semaphore在使用AQS的方式上很相似，在同步状态中都是保存的是当前的计数值。
CountDownLatch的作用就是允许一个或多个线程等待其他线程完成操作，看起来有点类似join() 方法，但其提供了比 join() 更加灵活的API。
CountDownLatch可以手动控制在n个线程里调用n次countDown()方法使计数器进行减一操作，也可以在一个线程里调用n次执行减一操作。
join() 的实现原理是不停检查join线程是否存活，如果 join 线程存活则让当前线程永远等待。所以两者之间相对来说还是CountDownLatch使用起来较为灵活。
结束
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