前言
大家好,我是小郭,前面我们学习了利用Semaphore来防止多线程同时操作一个资源,通常我们都会利用并行来优化性能,但是对于串行化的业务,可能需要按顺序执行,那我们怎么才能处理呢?今天我们来学习另一个并发流程控制的同步工具CountDownLatch。
了解CountDownLatch
首先,CountDownLatch是一种并发流程控制的同步工具。
主要的作用是等待多个线程同时完成任务之后,再继续完成主线程任务。
简单点可以理解为,几个小伙伴一起到火锅店聚餐,人到齐了,火锅店才可以开饭。
思考问题:
- CountDownLatch 底层原理是什么,他是否可以代替wait / notify?
- CountDwonLatch 业务场景有哪些?
- 一次可以唤醒多个任务吗?
主要参数与方法
//减少锁存器的计数,如果计数达到零,则释放所有等待线程。 //计数器 public void countDown() { sync.releaseShared(1); } //导致当前线程等待,直到锁存器递减至零为止,除非该线程被中断。 //火锅店调用await的线程,count为0才能继续执行 public void await() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); }
构造方法
//count 数量,理解为小伙伴的个数 public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); this.sync = new Sync(count); } //获取剩余的数量 public long getCount() { return sync.getCount(); }
CountDownLatch底层实现原理
我们可以看出countDown()是CountDownLatch的核心方法,我来看下他的具体实现。
CountDownLatch来时继承AQS的共享模式来完成其的实现,从前面的学习得出AQS主要是依赖同步队列和state实现控制。
共享模式:
这里与独占锁大多数相同,自旋过程中的退出条件是是当前节点的前驱节点是头结点并且tryAcquireShared(arg)返回值大于等于0即能成功获得同步状态.
await
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout)); } //当状态不为0挂起,表示当前线程被占有,需要线程排队 protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } //在共享模式下获取 doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
countDown
public void countDown() { sync.releaseShared(1); } protected boolean tryReleaseShared(int releases) { // Decrement count; signal when transition to zero //自旋防止失败 for (;;) { //获取状态 int c = getState(); //状态为为0返回false,表示没有被线程占有 if (c == 0) return false; //调用cas来进行替换,也保证了线程安全,当为0的时候唤醒 int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } } //当任务数量为0,aqs的释放共享锁 void doReleaseShared()
private void doReleaseShared() { /* * Ensure that a release propagates, even if there are other * in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual * way of trying to unparkSuccessor of head if it needs * signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to * ensure that upon release, propagation continues. * Additionally, we must loop in case a new node is added * while we are doing this. Also, unlike other uses of * unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status * fails, if so rechecking. */ // 无限循环 for (;;) { // 保存头节点 Node h = head; // 头节点不为空并且头节点不为尾结点 if (h != null && h != tail) { // 获取头节点的等待状态 int ws = h.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) { // 状态为SIGNAL,CAS更新状态 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // 释放后继结点 unparkSuccessor(h); } // 状态为0并且更新不成功,继续 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) // continue; // loop on failed CAS } if (h == head) // 若头节点改变,继续循环 break; } }
思考
- 如何安排线程排序
个人认为,没有进行线程的排序,而是让一部分线程进入等待,在唤醒的时候放开。
执行流程图
实践
用法一:一个线程等待其他多个线程都执行完毕,再继续自己的工作
public class CountDownLatchTest { private static Lock lock = new ReentrantLock(); private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(4); public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4); IntStream.range(0,16).forEach(i ->{ executorService.submit(()->{ lock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "来火锅店吃火锅!"); try { Thread.sleep(1000); countDownLatch.countDown(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我到火锅店了,准备开吃!"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } }); }); try { countDownLatch.await(5,TimeUnit.SECONDS); System.out.println("人到齐了,开饭"); executorService.shutdown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
输出结果
代码中设置了一个CountDownLatch做倒计时,四个人(count为4)一起到火锅店吃饭,每到一个人计数器就减去1(countDownLatch.countDown()),当计数器为0的时候,main线程在await的阻塞结束,继续往下执行。
用法二:多个线程等待某一个线程的信号,同时开始执行
用抢位子作为例子,将线程挂起等待,同时开始执行。
public class CountDownLatchTest2 { private static Lock lock = new ReentrantLock(); private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1); public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4); IntStream.range(0,4).forEach(i ->{ executorService.submit(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "准备开始抢位子!"); try { //Thread.sleep(1000); countDownLatch.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了位置"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); }); try { Thread.sleep(5000); System.out.println("五秒后开始抢位置"); countDownLatch.countDown(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } executorService.shutdown(); } }
注意点
- CountDownLatch是不能重用的。
总结
我们可以看到CountDownLatch的使用很简单,就当做一个计时器来使用,在控制并发方面能给我们提供帮助。
- 在构造器中初始化任务数量
- 调用await()挂起主线程main
- 调用countDown()方法减一,直到为0的时候,唤醒主线程可以继续运行。
上面提供的两个用法,我们也可以结合起来使用。
在实际的业务代码开发中,利用CountDownLatch来进行业务方法的执行,来确定他们的顺序,解决一个线程等待多个线程的场景