同步计数器 CountDownLatch

CountDownLatch 是一个同步工具类，它允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程的操作执行完后再执行.

CountDownLatch 是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

 

主要方法有：

• CountDownLatch (int count)，构造一个用给定计数器初始化的CountDownLatch。构造器中的计数值（count）实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。
• void await ()，使当前线程在锁存器倒计数至0之前一直等待，除非线程被中断。
• boolean await (long timeout, TimeUnit unit)，使当前线程在锁存器，倒计数至0之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。
• void countDwon ()，递减锁存器的计数，如果计数达到0，则释放所有等待的线程。
• long getCount ()，返回当前计数。

使用场景：

在一些应用场景中，需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情；同时当线程都完成后也会触发事件，以便进行后面操作。

CountDownLatch的countDown() 和 await()，前者主要倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到0，就只有阻塞等待了。

• 应用场景1：开5个多线程去下载，当5个线程都执行完了，才算下载成功。
• 应用场景2：当用户多文件上传时，可以采用多线程上传，当多个文件都上传成功时，才算真正的上传成功。
• 实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用 一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。
• 开始执行前等待n个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统已经启动和运行了。
• 死锁检测：一个非常方便的使用场景是，你可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁。

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        Worker worker1 = new Worker("xiao ming", latch);
        Worker worker2 = new Worker("xiao hong", latch);
        Worker worker3 = new Worker("xiao wang", latch);

        worker1.start();
        worker2.start();
        worker3.start();
        
        latch.await();
        
        System.out.println("Main Thread End.");
    }

    static class Worker extends Thread {

        private String workerName;
        private CountDownLatch latch;

        public Worker(String workerName, CountDownLatch latch) {

            this.workerName = workerName;
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void run() {

            try {
                System.out.println("Worker:" + workerName + " is begin.");
                Thread.sleep(1000L);
                System.out.println("Worker:" + workerName + " is end.");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            latch.countDown();
        }
    }
}

输出：

Worker:xiao ming is begin.
Worker:xiao hong is begin.
Worker:xiao wang is begin.
Worker:xiao ming is end.
Worker:xiao wang is end.
Worker:xiao hong is end.
Main Thread End.

CountDownLatch 的实现原理：

CountDownLatch 的核心实现机制利用 AbstractQueuedSynchronizer 简称“AQS”的 state状态来实现Count的阻塞机制。

public class CountDownLattch {

    /**
     *CountDownLatch 的核心实现机制利用 AbstractQueuedSynchronizer 简称“AQS”的 state状态来实现Count的阻塞机制
     */

    private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        Sync(int count) {
            setState(count);
        }

        int getCount() {
            return getState();
        }

        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return (getState() == 0) ? 1 : -1;
        }

        protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // 覆盖"AQS"的释放状态方式，实现自己的逻辑，来消减count的线程数
            for(;;) {

                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;

                int nextc = c - 1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    return nextc == 0;
            }
        }

    }

    private final Sync sync;
    // 利用"AQS"的state状态，来标示线程的count的数量

    public CountDownLat(int count) {
        this.sync = new Sync(count);
    }

    // 利用"AQS"获得一个共享模式下的完成状态
    public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

    // 利用"AQS"获得一个共享模式下的完成状态，超出了指定的等待时间
    public void await(int timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
    }

    // 利用"AQS"在共享模式下释放状态也就是数字减一
    public void countDown() {
        sync.releaseShared(1);
    }

    // 调用"AQS"返回当前计数
    public long getCount() {
        return sync.getCount();
    }

    ...
}