CountDownLatch同步计数器使用说明

CountDownLatch概念

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。

CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成一些任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

CountDownLatch工作原理

        CountDownLatch在多线程并发编程中充当一个计时器的功能，并且维护一个count的变量，并且其操作都是原子操作，该类主要通过countDown()和await()两个方法实现功能的，首先通过建立CountDownLatch对象，并且传入参数即为count初始值。如果一个线程调用了await()方法，那么这个线程便进入阻塞状态，并进入阻塞队列。如果一个线程调用了countDown()方法，则会使count-1；当count的值为0时，这时候阻塞队列中调用await()方法的线程便会逐个被唤醒，从而进入后续的操作。比如下面的例子就是有两个操作，一个是读操作一个是写操作，现在规定必须进行完写操作才能进行读操作。所以当最开始调用读操作时，需要用await()方法使其阻塞，当写操作结束时，则需要使count等于0。因此count的初始值可以定为写操作的记录数，这样便可以使得进行完写操作，然后进行读操作。

首先是创建实例 CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(2)
需要同步的线程执行完之后，计数-1； countDown.countDown()
需要等待其他线程执行完毕之后，再运行的线程，调用 countDown.await()实现阻塞同步

CountDownLatch的用法

CountDownLatch典型用法：1、某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为new CountDownLatch(n)，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownLatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上await()的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

CountDownLatch典型用法：2、实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1)，将其计算器初始化为1，多个线程在开始执行任务前首先countdownlatch.await()，当主线程调用countDown()时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。

CountDownLatch的不足

CountDownLatch是一次性的，计算器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch使用完毕后，它不能再次被使用。

CountDownLatch（倒计时计算器）使用说明

方法说明

public void countDown()

　　递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程。如果当前计数大于零，则将计数减少1.

public boolean await() throws InterruptedException

public boolean await(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException

　　使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。如果当前计数为零，则此方法立刻返回true值。

　　如果当前计数大于零，则出于线程调度目的，将禁用当前线程，且在发生以下三种情况之一前，该线程将一直出于休眠状态：

　　由于调用countDown()方法，计数到达零；或者其他某个线程中断当前线程；或者已超出指定的等待时间。

• 如果计数到达零，则该方法返回true值。
• 如果当前线程，在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者在等待时被中断，则抛出InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。
• 如果超出了指定的等待时间，则返回值为false。如果该时间小于等于零，则该方法根本不会等待。

参数：

　　timeout-要等待的最长时间

　　unit-timeout 参数的时间单位

返回：

　　如果计数到达零，则返回true；如果在计数到达零之前超过了等待时间，则返回false

抛出：

　　InterruptedException-如果当前线程在等待时被中断

 代码举例：

package part2.tools.countdownlatch;

import org.junit.Test;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @description：测试CountDownLatch。
 * CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。
 * CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。
 * 当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成一些任务，
 * 然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。
 */
public class TestCountDownLatch {
    /**
     * 主线程等待子线程执行完成再执行
     */
    @Test
    public void test1() {
        int nThreads = 3;
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(nThreads);
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(nThreads);
        for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
            Runnable runnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "开始执行");
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                        System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行完成");
                        latch.countDown();//当前线程调用此方法，则计数减一
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            service.execute(runnable);
        }

        try {
            System.out.println("主线程" + Thread.currentThread().getName() + "等待子线程执行完成...");
            latch.await();//阻塞当前线程，直到计数器的值为0
            System.out.println("主线程" + Thread.currentThread().getName() + "开始执行...");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 百米赛跑，4名运动员选手到达场地等待裁判口令，裁判一声口令，选手听到后同时起跑，当所有选手到达终点，裁判进行汇总排名
     */
    @Test
    public void test2() {
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        final CountDownLatch cdOrder = new CountDownLatch(1);
        final CountDownLatch cdAnswer = new CountDownLatch(4);
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            Runnable runnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("选手" + Thread.currentThread().getName() + "正在等待裁判发布口令");
                        cdOrder.await();
                        System.out.println("选手" + Thread.currentThread().getName() + "已接受裁判口令");
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                        System.out.println("选手" + Thread.currentThread().getName() + "到达终点");
                        cdAnswer.countDown();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            service.execute(runnable);
        }
        try {
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
            System.out.println("裁判" + Thread.currentThread().getName() + "即将发布口令");
            cdOrder.countDown();
            System.out.println("裁判" + Thread.currentThread().getName() + "已发送口令，正在等待所有选手到达终点");
            cdAnswer.await();
            System.out.println("所有选手都到达终点");
            System.out.println("裁判" + Thread.currentThread().getName() + "汇总成绩排名");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        service.shutdown();
    }

}

运行结果：

##test1##
主线程main等待子线程执行完成...
子线程pool-1-thread-1开始执行
子线程pool-1-thread-2开始执行
子线程pool-1-thread-3开始执行
子线程pool-1-thread-3执行完成
子线程pool-1-thread-2执行完成
子线程pool-1-thread-1执行完成
主线程main开始执行...

##test2##
选手pool-2-thread-1正在等待裁判发布口令
选手pool-2-thread-2正在等待裁判发布口令
选手pool-2-thread-3正在等待裁判发布口令
选手pool-2-thread-4正在等待裁判发布口令
裁判main即将发布口令
裁判main已发送口令，正在等待所有选手到达终点
选手pool-2-thread-1已接受裁判口令
选手pool-2-thread-3已接受裁判口令
选手pool-2-thread-2已接受裁判口令
选手pool-2-thread-4已接受裁判口令
选手pool-2-thread-3到达终点
选手pool-2-thread-1到达终点
选手pool-2-thread-2到达终点
选手pool-2-thread-4到达终点
所有选手都到达终点
裁判main汇总成绩排名