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  • CountDownLatch是个啥?

    文章篇幅较短,对于一些AQS的顶级方法例如releaseShared并没有做过深的讲解,因为这些算是AQS的范畴,关于AQS可以看下另一篇文章——AQS

    CountDownLatch一般被称作"计数器",作用大致就是数量达到了某个点之后计数结束,才能继续往下走。可以用作流程控制之类的作用,大流程分成多个子流程,然后大流程在子流程全部结束之前不动(子流程最好是相互独立的,除非能很好的控制两个流程的关联关系),子流程全部结束后大流程开始操作。

     很抽象,小问题,下方的两节或许能让你理解CountDownLatch的用法和内部的实现。

    1.CountDownLatch的使用

      假设现在,我们要起一个3块钱的集资项目,并且限定每个人一次只能捐1块钱当募集到3块钱的时候立马就把这笔钱捐给我自己,如果凑齐之后你还想捐,那么我会跟你说,项目已经完成了,你这一块钱我不受理,自己去买雪糕吃吧;如果没凑齐,那么我这个募集箱就一直挂在这里。这个场景用CountDownLatch可以很契合的模拟出来。

      字数也不凑了,直接看demo例子吧

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        // 集资项目==========>启动,目标3块钱
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
        ThreadPoolExecutor executor = ThreadPoolProvider.getInstance();
        executor.execute(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                System.err.println("张1准备捐一块钱");
                countDownLatch.countDown();
                System.err.println("张1捐了一块钱");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        });
    
        executor.execute(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                System.err.println("张2准备捐一块钱");
                countDownLatch.countDown();
                System.err.println("张2捐了一块钱");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    
        executor.execute(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                System.err.println("张3准备捐一块钱");
                countDownLatch.countDown();
                System.err.println("张3捐了一块钱");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    
        System.err.println("我项目启动后,就在这里等人捐钱,不够3块我不走了");
        countDownLatch.await();
        System.err.println("3块钱到手,直接跑路");
    
        executor.shutdown();
    }
    

    结果图:

    pic1
    这个结果,em,可以看到countDownLatch使用的几个注意点:

    1. 调用countDownLatchawait()方法的线程会阻塞,直到凑够3块钱为止
    2. CyclicBarrier不同,其计完数之后并不会阻塞,而是直接执行接下来的操作
    3. 每次调用countDown()方法都会捐一块钱(计数一次),满了之后调用await()方法的线程不再阻塞

     另外,在上面的代码中,在countDown方法之后还打印信息是为了验证countDown方法不会阻塞当前线程,执行结果不一定如上图那样有顺序的,例如可能出现下方的结果:

    pic2
     因为最后一个countDown之后,await所在的线程不再阻塞了,又正好赶上JVM线程调度,所以就会出现上方的结果。

    2.CountDownLatch的内部实现

      刚才已经讲了CountDownLatch的用法,用起来还是不难的。那来看下内部是怎么实现的,又是怎么做到计数之后不跟CyclicBarrier一样阻塞的呢?

      首先来看构造函数吧,CountDownLatch只有一个构造函数,如下

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

     所做的事情也就只有初始化内部对象sync一件事情(校验总不能算一件事吧?),那来看下初始化了个啥玩意

    // 变量sync,是不是看起来很眼熟?
    private final Sync sync;
    
    // 内部类Sync,又是一个AQS的产物
    private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
    
    	// 构造方法,就是设置了AQS的state值
        Sync(int count) {
            setState(count);
        }
    
        int getCount() {
            return getState();
        }
    
        /*
         * 可以知道countDownLatch使用的是AQS的共享模式
         * 获取资源方法,正数表示成功,负数表示失败
         */
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return (getState() == 0) ? 1 : -1;
        }
    
        // 释放方法
        protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) {
                // state的状态,在countDownLatch中表示剩余计数量,如果为0则表示可以被获取,即await方法不再阻塞
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                // 本次计数后还剩余的及数量
                int nextc = c-1;
                // CAS设置剩余计数量
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    // ==0表示锁释放了,之后state的值将一直是0,意思就是之后的await方法都不再阻塞
                    return nextc == 0;
            }
        }
    

     既然涉及到了AQS,那你应该懂我意思了——快去看我写的AQS文章啊

     开个玩笑,我知道各位都多多少少了解一些,上方代码的作用应该知道是干嘛的,不懂也没关系,等下我在下面再讲。

     回到正题,来讲下从上方代码能得到什么信息

    1.CountDownLatch构造函数count的参数作用就是设置其内部的AQS的状态state,假设count3,那么每次进行countDownAQSstate就减1,减到0的时候await方法就不再阻塞,注意这时候await方法就不再阻塞了,无论你调多少次。

    2.CountDownLatch里边的Sync实现的AQS的共享模式(从tryReleaseShared方法可以看出)

     到这里对其CountDownLatch的内部有个差不多印象了,接下来看下其最重要的awaitcountDown方法。

    2.1 await方法

    public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
    

     直接调用了AQS的顶级方法,再进去就是AQS的模块了

    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
                throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        // 获取资源,成功直接返回,失败执行下方方法(进入同步队列)
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }
    

     简单说明一下,这个方法的意思就是调用tryAcquireShared的方法尝试获取资源,方法返回负数表示失败返回正数则表示成功失败了则入同步队列(即阻塞),具体的细节可以看下AQS的详解。
     也就是说关键点是 tryAcquireShared方法,这个方法刚才在上方已经解释过,这里再放一次。方法逻辑很简单,如果state=0(即计数完毕)则成功,否则失败。

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

      okay,await方法的整个流程大致就是:尝试获取资源,如果失败则阻塞,成功了继续当前线程的操作。什么时候会失败呢,在state!=0的时候,而state这个变量的值我们在构造函数就已经赋予了,需要通过countDown方法来减少。

    2.2 countDown

      既然这个方法这么重要,那让它开始它的表演吧。

    public void countDown() {
        sync.releaseShared(1);
    }
    

     同样的,直接调用AQS的顶级释放资源的方法。

    public final boolean releaseShared(int arg) {
        // 如果资源释放了,那么唤醒同步队列中等待的线程
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            // 善后操作
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
    

     关键的方法还是在资源的控制上——tryReleaseShared,代码如下(上方也有):

    protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
        for (;;) {
            /* 
             * state的状态,在countDownLatch中表示剩余计数量
             * 如果为0则表示可以被获取,即await方法不再阻塞
             */
            int c = getState();
            // 这里的意思是如果资源已经释放的情况下,就不能再次释放了,释放成功的代码在最后一行
            if (c == 0)
                return false;
            // 本次计数后还剩余的及数量
            int nextc = c-1;
            // CAS设置剩余计数量
            if (compareAndSetState(c, nextc))
                // ==0表示锁释放了,之后state的值将一直是0,意思就是之后的await方法都不再阻塞
                return nextc == 0;
        }
    }
    

      到这里countDown方法的迷雾也看清了,每一次调用countDown方法就相当于调用tryReleaseShared方法,如果当前资源还没释放的话,将state-1,判断是否为0如果为0的话表示资源释放唤醒await方法的线程,否则的话只是更新state的值。

     整理一下整个CountDownLatch的流程。

    1.创建一个CountDownLatch,并赋予一个数值,这个值表示需要计数的次数,每次countDown算一次

    2.在主线程调用await方法,表示需要计数器完成之前都不能动await方法的内部实现依赖于内部的AQS,调用await方法的时候会尝试去获取资源,成功条件是state=0,也就是说除非countDowncount(构造函数赋予)次之后,才能成功,失败的话当前线程进行休眠

    3.在子线程调用countDown方法,每次调用都会使内部的state-1state0的时候资源释放await方法不再阻塞(即使再次调用也是)

    3. 小结

      如果理解AQS的话,不止CountDownLatch,其他衍生物例如ReentrantLock都能轻易的看懂。如果不了解的话也没关系,这篇文章应该能让你对CountDownLatch的内部实现有了大概的轮廓。

      简单总结一下,CountDownLatch就三个点:构造函数的值、awaitcountDown。构造函数的值表示计数的次数,每次countDown都会使计数减一,减到0的时候await方法所在的线程就不再阻塞。



    这篇文章写得,自己都有点不好意思了...

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