1. 简介
简单描述CountDownLatch的功能，那就是在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待
2. 实现原理
CountDownLatch 是通过一个计数器来实现的，当我们在 new 一个 CountDownLatch 对象的时候，需要带入该计数器值，该值就表示了线程的数量。
每当一个线程完成自己的任务后，计数器的值就会减 1 。当计数器的值变为0时，就表示所有的线程均已经完成了任务，然后就可以恢复等待的线程继续执行了。
如上图示例，用给定的计数为3进行初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown方法，所以在当前计数到达0之前，await方法会一直受阻塞；当计数到达0时会唤醒await方法阻塞的线程执行。
3. 源码结构
- J.U.C包中的最核心部分就是AQS的实现，它是JDK并发工具的实现基石，CountDownLatch也不例外，也是基于AQS进行实现
- await、countDown方法分别调用了AQS的doAcquireShared、doReleaseShared方法以共享锁的形式对AQS的共享变量state进行操作
- await方法阻塞等待，CountDownLatch 的作用是允许 1 或 N 个线程等待其他线程完成执行
- countDown方法变更计数，CountDownLatch 的计数器无法被重置
4. 实现剖析
4.1 await方法
- 调用await() 方法，来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
- 该方法内部使用 AQS 的 acquireSharedInterruptibly(int arg) 方法
- 在内部类 Sync 中重写了 tryAcquireShared(int arg) 方法
- 通过AQS中的getState() 方法，获取同步状态，其值等于计数器的值
- 如果计数器值不等于 0，则会调用 doAcquireSharedInterruptibly(int arg) 方法，该方法为一个自旋方法会尝试一直去获取同步状态
4.2 countDown方法
- 调用countDown() 方法，来改变计数器数量
- 内部调用AQS的releaseShared() 方法
- Sync重写了tryReleaseShared() 方法
- 释放锁，也就是操作计数器的过程，这里使用到了CAS（compareAndSetState）进行计数更新，若更新失败则进行自旋重试直到成功为止
4.3 getCount方法
调用AQS的getState方法获取计数
5. 实战用例
模拟主线程await阻塞，等待子线程计数countDown到0唤醒主线程执行
/**
* created by guanjian on 2020/12/28 11:19
*/
public class CountDownLatchTest {
private static final CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(3);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println("开始");
new Thread(() -> {
try {
System.out.format("当前计数=%s,需等待 \n", cdl.getCount());
Thread.sleep(1000);
cdl.countDown();
System.out.format("当前计数=%s,需等待 \n", cdl.getCount());
Thread.sleep(1000);
cdl.countDown();
System.out.format("当前计数=%s,需等待 \n", cdl.getCount());
Thread.sleep(1000);
cdl.countDown();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
cdl.await(6000, TimeUnit.MILLISECONDS);
print();
System.out.println("结束");
}
private static void print() {
System.out.println("执行了");
}
}
【控制台输出】
开始
当前计数=3,需等待
当前计数=2,需等待
当前计数=1,需等待
执行了
结束
6. 总结
- CountDownLatch的作用实际是提供了一种多线程通信的方式
- AQS提供了多个线程并发且产生竞态条件时共享变量的安全读写方式，且丰富地提供了共享、排他两种处理竞态线程获取共享资源的方式
- CountDownLatch利用AQS的state共享变量作为信号量，await方法会在state不等于0时进行阻塞，countDown方法会操作state共享变量改变这个信号量的值从而来影响整个CountDownLatch的运行
- CountdownLatch是通过共享方式对锁进行操作，通过自旋方式进行阻塞等待，通过CAS对共享变量进行更新保证原子性
