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一、前言
CountDownLatch維護(hù)了一個計數(shù)器（還是是state字段），調(diào)用countDown方法會將計數(shù)器減1，調(diào)用await方法會阻塞線程直到計數(shù)器變?yōu)??？梢杂糜趯崿F(xiàn)一個線程等待所有子線程任務(wù)完成之后再繼續(xù)執(zhí)行的邏輯，也可以實現(xiàn)類似簡易CyclicBarrier的功能，達(dá)到讓多個線程等待同時開始執(zhí)行某一段邏輯目的。
二、使用
- 一個線程等待其它線程執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行
......
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(10);
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
es.execute(() -> {
//do something
cdl.countDown();
});
}
cdl.await();
......
- 實現(xiàn)類似CyclicBarrier的功能，先await，再countDown
......
CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(1);
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
es.execute(() -> {
cdl.await();
//do something
});
}
Thread.sleep(10000L);
cdl.countDown();
......
三、源碼分析
CountDownLatch的結(jié)構(gòu)和ReentrantLock、Semaphore的結(jié)構(gòu)類似，也是使用的內(nèi)部類Sync繼承AQS的方式，并且重寫了tryAcquireShared和tryReleaseShared方法。
還是首先來看構(gòu)造函數(shù)：
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
需要傳入一個大于0的count，代表CountDownLatch計數(shù)器的初始值，通過Sync的構(gòu)造函數(shù)最終賦值給父類AQS的state字段。可一個看到這個state字段用法多多，在ReentrantLock中使用0和1來標(biāo)識鎖的狀態(tài)，Semaphore中用來標(biāo)識信號量，此處又用來表示計數(shù)器。
CountDownLatch要通過await方法完成阻塞，先來看看這個方法是如何實現(xiàn)的：
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}調(diào)用的是sync的acquireSharedInterruptibly方法，該方法定義在AQS中，Semaphore也調(diào)用的這個方法：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
這個方法的邏輯前面在解析SemaPhore的時候細(xì)說過了，這里不再贅述，主要就是兩個方法的調(diào)用，先通過tryAcquireShared方法嘗試獲取"許可"，返回值代表此次獲取后的剩余量，如果大于等于0表示獲取成功，否則表示失敗。如果失敗，那么就會進(jìn)入doAcquireSharedInterruptibly方法執(zhí)行入隊阻塞的邏輯。這里我們主要到CountDownLatch中看看tryAcquireShared方法的實現(xiàn)：
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}和Semaphore的實現(xiàn)中每次將state減去requires不同，這里直接判斷state是否為0，如果為0那么返回1，表示獲取"許可"成功；如果不為0，表示失敗，則需要入隊阻塞。從這個tryAcquireShared方法就能看出CountDownLatch的邏輯了：等到state變?yōu)榱?，那么所有線程都能獲取運行許可。
那么我們接下來來到countDown方法：
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}調(diào)用的是sync的releaseShared方法，該方法定義在父類AQS中，Semaphore使用的也是這個方法：
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
//當(dāng)state從非
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
前面提到了CountDownLatch也重寫了tryReleaseShared方法：
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
//如果state等于0了直接返回false
//保證在并發(fā)情況下，最多只會有一個線程返回true
//也包括調(diào)用countDown的次數(shù)超過state的初始值
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
//如果返回true，表示state從非0變?yōu)榱?
//那么后續(xù)需要喚醒阻塞線程
return nextc == 0;
}
}
Semaphore在釋放信號量的時候，是將獲取的許可歸還到state中，但是CountDownLatch沒有獲取許可的邏輯(獲取許可的時候是判斷state是否等于0)，所以在countDown的時候沒有釋放的邏輯，就是將state減1，然后根據(jù)state減1之后的值是否為0判斷release是否成功，如果state本來大于0，經(jīng)過減1之后變?yōu)榱?，那么返回true。tryReleaseShared方法的返回值決定了后續(xù)需不需要調(diào)用doReleaseShared方法喚醒阻塞線程。
這里有個邏輯：如果state已經(jīng)為0，那么返回false。這個主要應(yīng)對兩種情況：
- 調(diào)用countDown的次數(shù)超過了state的初始值多
- 線程并發(fā)調(diào)用的時候保證只有一個線程去完成阻塞線程的喚醒操作
可以看到CountDownLatch沒有鎖的概念，countDown方法可以被一個線程重復(fù)調(diào)用，只需要對state做reduce操作，而不用關(guān)心是誰做的reduce。如果tryReleaseShared返回true，那么表示需要在后面進(jìn)入doReleaseShared方法，該方法和Semaphore中調(diào)用的方法是同一個，主要是喚醒阻塞線程或者設(shè)置PROPAGAGE狀態(tài)，這里也不再贅述~
阻塞線程被喚醒之后，會在doAcquireSharedInterruptibly方法中繼續(xù)循環(huán)，雖然和Semaphore調(diào)用的是同樣的方法，但是這里有不一樣的地方，所以還是提一句。我們首先回到doAcquireSharedInterruptibly方法：
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
//如果head.next被unpark喚醒，說明此時state==0
//那么tryAcquireShared會返回1
int r = tryAcquireShared(arg);
//r==1
if (r >= 0) {
//node節(jié)點被喚醒后，還會繼續(xù)喚醒node.next
//這樣依次傳遞，因為在這里的r一定為1
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
當(dāng)head.next線程被unpark喚醒后，會進(jìn)入tryAcquireShared方法判斷，由于此時state已經(jīng)為0（只有當(dāng)state變?yōu)?時，才會unpark喚醒線程），而前面提到了在CountDownLatch重寫的tryAcquireShared中，如果state==0，那么會返回1，所以會進(jìn)入setHeadAndPropagate方法：
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
該方法在Semaphore中詳細(xì)介紹過，這里我們就站在CountDownLatch的角度來看看。其實很簡單了，注意此時該方法的propagate參數(shù)值是1，那么就會進(jìn)入到下面的if邏輯里，繼續(xù)喚醒下一個node。當(dāng)下一個node對應(yīng)的線程被喚醒后，同樣會進(jìn)入setHeadAndPropagate方法，propagage同樣為1，那么繼續(xù)喚醒下一個node，就這樣依次將整個CLH隊列的節(jié)點都喚醒。
四、總結(jié)
如果單獨把CountDownLatch拿出來看其實是很復(fù)雜的，只是CountDownLatch（包括Semaphore和ReentrantLock）都高度共用了AQS提供的一些方法，而這些方法在前面介紹Semaphore和ReentrantLock的時候已經(jīng)詳細(xì)分析過，所以到本文分析CountDownLatch的時候，只需要關(guān)注它內(nèi)部類Sync重寫的兩個方法：tryAcquireShared和tryReleaseShared，也就是"獲取許可"和"釋放許可"的邏輯。
CountDownLatch在await的邏輯里，如果當(dāng)前state的值大于0，那么會進(jìn)入CLH隊列進(jìn)行阻塞等待unpark喚醒（或者中斷喚醒）；在countDown的邏輯里，就是簡單的將state-1，如果一個線程把state從1減為0，那么該線程就會負(fù)責(zé)喚醒head.next節(jié)點，head.next節(jié)點被喚醒后，又會在setHeadAndPropagate方法中喚醒next.next節(jié)點，這樣依次喚醒所有CLH隊列中的阻塞節(jié)點。當(dāng)然，如果線程被中斷喚醒，那么也會進(jìn)入cancelAcquire中進(jìn)行無效節(jié)點的移除邏輯。
到此這篇關(guān)于Java并發(fā)編程中的CountDownLatch的使用和源碼解析的文章就介紹到這了，想要了解更多相關(guān)Java中CountDownLatch其他的內(nèi)容，請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助！
