Java之CountDownLatch原理浅析

简介: 本文介绍了Java并发工具类`CountDownLatch`的使用方法、原理及其与`Thread.join()`的区别。`CountDownLatch`通过构造函数接收一个整数参数作为计数器,调用`countDown`方法减少计数,`await`方法会阻塞当前线程,直到计数为零。文章还详细解析了其内部机制,包括初始化、`countDown`和`await`方法的工作原理,并给出了一个游戏加载场景的示例代码。

1 如何使用

构造函数接收一个int类型的参数作为计数器,表示需等待N个点完成。

调用countDown方法时,N就会减1,CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程,直到N变成零。

java

代码解读

复制代码

    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
    new Thread(() -> {
      // do something
      latch.countDown();
    }).start();

    new Thread(() -> {
      // do something
      latch.countDown();
    }).start();
	
    new Thread(() -> {
      // do something
      latch.countDown();
    }).start();
    
    // 主线程阻塞
    latch.await();
    // 主线程继续执行
    log.debug("wait end...");

2 类比join()

使用Thread.join()时,主线程需等待另一个线程终结后,才能继续执行。有以下不足:

  • 不能在另一个线程执行中途,就让主线程结束等待开始执行;
  • 主线程必须持有其他线程的引用,才能调用join()。在使用线程池如ThreadPoolExecutor时,在主线程中没法拿到线程池中线程引用,无法调用join。

CountDownLatch避免了以上不足,countDown()可以在任何地方调用,且调用await()只需等到计数为0,而不是等其他线程终结。

java

代码解读

复制代码

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

@Slf4j
public class TestCountDownLatch {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
    service.submit(() -> {
      try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        latch.countDown();
        log.debug("end...{}", latch.getCount());
      } catch (InterruptedException e) {
      }
    });
	
    service.submit(() -> {
      try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        latch.countDown();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 在一个线程任务的不同阶段,可以多次countDown()
        latch.countDown();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        log.debug("end...{}", latch.getCount());
      } catch (InterruptedException e) {
      }
    });


    service.submit(() -> {
      try {
        log.debug("waiting...");
        latch.await();
        log.debug("wait end...");
      } catch (InterruptedException e) {
      }
    });
    service.shutdown();
  }
}

3 原理

内部类Sync,是AbstractQueuedSynchronizer的子类,是AQS的共享模式。CountDownLatch对同步状态的所有操作,都转交给Sync实例。

3.1 初始化

主线程需要等待几个操作(或线程)先完成,count就取几。

3.2 countDown方法

调用countDown(),会将state减1。 如果调用countDown()之前,state已经为0了,将不做任何操作(返回false)。 如果调用countDown()之后,state变为了0,将返回true,AQS的releaseShared(int arg)将唤醒同步队列中第一个阻塞的线程。

3.3 await()方法

调用await()时,转交给Sync处理。 如果state==0,await()方法将返回1(大于0),将直接退出。否则返回-1,当前线程进入同步队列等待。

总结:

  • 当某个countDown()将state减为0时,唤醒同步队列中第一个调用await()而阻塞的线程A。
  • 线程A被unpark后,因为state==0,tryAcquireShared(arg)必然成功;
  • 如果线程A的next节点是SHARED模式,将会调用doReleaseShared(),将唤醒同步队列中下一个阻塞线程。然后线程A退出;
  • 最终,同步队列中所有等待线程被依次唤醒了。

可见,AQS的共享模式下,releaseShared()会级联唤醒同步队列中的阻塞线程。

4 使用

来看一个游戏加载场景:假设每局游戏有10个玩家,等所有玩家都加载完毕时,游戏开始。

使用CountDownLatch来实现,代码如下:

java

代码解读

复制代码

import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

@Slf4j
public class TestCountDownLatch {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
    AtomicInteger num = new AtomicInteger(1);
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10,
        (r) -> new Thread(r, "player-" + num.getAndIncrement()));

    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
    String[] all = new String[10];
    Random r = new Random();
    for (int j = 0; j < 10; j++) {
      final int index = j;
      service.submit(() -> {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
          try {
            // 模拟出不同加载进度
            Thread.sleep(r.nextInt(100));
          } catch (InterruptedException e) {
          }
          all[index] = name + "= " + i + "%";
          // 不换行覆盖输出
          System.out.print("\r" + Arrays.toString(all));
        }
        latch.countDown();
      });
    }
    latch.await();
    System.out.println("\n" + "欢迎来到王者峡谷......");
    service.shutdown();
  }
}


转载来源:https://juejin.cn/post/7405158681077694527

相关文章
|
1月前
|
存储 Java 关系型数据库
高效连接之道:Java连接池原理与最佳实践
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。频繁创建和关闭连接会消耗大量资源,导致性能瓶颈。为此,Java连接池技术通过复用连接,实现高效、稳定的数据库连接管理。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践,包括连接池的基本操作、配置和使用方法,以及在电商应用中的具体应用示例。
53 5
|
2月前
|
存储 算法 Java
Java HashSet:底层工作原理与实现机制
本文介绍了Java中HashSet的工作原理,包括其基于HashMap实现的底层机制。通过示例代码展示了HashSet如何添加元素,并解析了add方法的具体过程,包括计算hash值、处理碰撞及扩容机制。
|
19天前
|
存储 算法 Java
大厂面试高频:什么是自旋锁?Java 实现自旋锁的原理?
本文详解自旋锁的概念、优缺点、使用场景及Java实现。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
大厂面试高频:什么是自旋锁?Java 实现自旋锁的原理?
|
21天前
|
Java 索引 容器
Java ArrayList扩容的原理
Java 的 `ArrayList` 是基于数组实现的动态集合。初始时,`ArrayList` 底层创建一个空数组 `elementData`,并设置 `size` 为 0。当首次添加元素时,会调用 `grow` 方法将数组扩容至默认容量 10。之后每次添加元素时,如果当前数组已满,则会再次调用 `grow` 方法进行扩容。扩容规则为:首次扩容至 10,后续扩容至原数组长度的 1.5 倍或根据实际需求扩容。例如,当需要一次性添加 100 个元素时,会直接扩容至 110 而不是 15。
Java ArrayList扩容的原理
|
27天前
|
存储 Java 关系型数据库
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践,包括连接创建、分配、复用和释放等操作,并通过电商应用实例展示了如何选择合适的连接池库(如HikariCP)和配置参数,实现高效、稳定的数据库连接管理。
51 2
|
1月前
|
Java 数据格式 索引
使用 Java 字节码工具检查类文件完整性的原理是什么
Java字节码工具通过解析和分析类文件的字节码,检查其结构和内容是否符合Java虚拟机规范,确保类文件的完整性和合法性,防止恶意代码或损坏的类文件影响程序运行。
|
27天前
|
算法 Java 数据库连接
Java连接池技术,从基础概念出发,解析了连接池的工作原理及其重要性
本文详细介绍了Java连接池技术,从基础概念出发,解析了连接池的工作原理及其重要性。连接池通过复用数据库连接,显著提升了应用的性能和稳定性。文章还展示了使用HikariCP连接池的示例代码,帮助读者更好地理解和应用这一技术。
40 1
|
2月前
|
存储 安全 Java
深入理解Java中的FutureTask:用法和原理
【10月更文挑战第28天】`FutureTask` 是 Java 中 `java.util.concurrent` 包下的一个类,实现了 `RunnableFuture` 接口,支持异步计算和结果获取。它可以作为 `Runnable` 被线程执行,同时通过 `Future` 接口获取计算结果。`FutureTask` 可以基于 `Callable` 或 `Runnable` 创建,常用于多线程环境中执行耗时任务,避免阻塞主线程。任务结果可通过 `get` 方法获取,支持阻塞和非阻塞方式。内部使用 AQS 实现同步机制,确保线程安全。
|
2月前
|
开发框架 Java 程序员
揭开Java反射的神秘面纱:从原理到实战应用!
本文介绍了Java反射的基本概念、原理及应用场景。反射允许程序在运行时动态获取类的信息并操作其属性和方法,广泛应用于开发框架、动态代理和自定义注解等领域。通过反射,可以实现更灵活的代码设计,但也需注意其性能开销。
47 1
|
6月前
|
API
java-多线程-CountDownLatch(闭锁) CyclicBarrier(栅栏) Semaphore(信号量)-
java-多线程-CountDownLatch(闭锁) CyclicBarrier(栅栏) Semaphore(信号量)-
34 1