IT博客汇 | 【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：CountDownlatch

【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：CountDownlatch - chenssy

chenssy发表于 2015-11-11 11:23:00

上篇博文（【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：CyclicBarrier）LZ介绍了CyclicBarrier。CyclicBarrier所描述的是“允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点，才会进行后续任务”。而CountDownlatch和它也有一点点相似之处：CountDownlatch所描述的是“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”。在JDK API中是这样阐述的：

用给定的计数初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。

CountDownLatch 是一个通用同步工具，它有很多用途。将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器，或入口：在通过调用 countDown() 的线程打开入口前，所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待，或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。

CountDownLatch 的一个有用特性是，它不要求调用 countDown 方法的线程等到计数到达零时才继续，而在所有线程都能通过之前，它只是阻止任何线程继续通过一个 await。

虽然，CountDownlatch与CyclicBarrier有那么点相似，但是他们还是存在一些区别的：

1、CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行；而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。

2、 CountDownLatch的计数器无法被重置；CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用，因此它被称为是循环的barrier。

CountDownLatch分析

CountDownLatch结构如下：

从上图中可以看出CountDownLatch依赖Sync，其实CountDownLatch内部采用的是共享锁来实现的（内部Sync的实现可以看出）。它的构造函数如下：

CountDownLatch(int count)：构造一个用给定计数初始化的 CountDownLatch。

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

以下源代码可以证明，CountDownLatch内部是采用共享锁来实现的：

private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
/** 省略源代码 **/
}

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
/** 省略源代码 **/
}
}

CountDownLatch提供了await方法来实现：

await()：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。

await(long timeout, TimeUnit unit)：使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。

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

await内部调用sync的acquireSharedInterruptibly方法：

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//线程中断，抛出InterruptedException异常
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

acquireSharedInterruptibly()的作用是获取共享锁。如果在获取共享锁过程中线程中断则抛出InterruptedException异常。否则通过tryAcquireShared方法来尝试获取共享锁。如果成功直接返回，否则调用doAcquireSharedInterruptibly方法。

tryAcquireShared源码：

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

tryAcquireShared方法被CountDownLatch重写，他的主要作用是尝试着获取锁。getState == 0 表示锁处于可获取状态返回1否则返回-1；当tryAcquireShared返回-1获取锁失败，调用doAcquireSharedInterruptibly获取锁：

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//创建当前线程（共享锁）Node节点
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
//获取当前节点的前继节点
final Node p = node.predecessor();
//如果当前节点为CLH列头，则尝试获取锁
if (p == head) {
//获取锁
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
//如果当前节点不是CLH列头，当前线程一直等待，直到获取锁为止
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}

该方法当中的方法，前面博客都讲述过，请参考：【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：ReentrantLock之二lock方法分析、【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：Semaphore。

CountDownLatch，除了提供await方法外，还提供了countDown()，countDown所描述的是“递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程。”，源码如下：

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

countDown内部调用releaseShared方法来释放线程：

public final boolean releaseShared(int arg) {
//尝试释放线程，如果释放释放则调用doReleaseShared()
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}

tryReleaseShared，同时被CountDownLatch重写了：

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
//获取锁状态
int c = getState();
//c == 0 直接返回，释放锁成功
if (c == 0)
return false;
//计算新“锁计数器”
int nextc = c-1;
//更新锁状态（计数器）
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}

总结：

CountDownLatch内部通过“共享锁”实现。在创建CountDownLatch时，需要传递一个int类型的count参数，该count参数为“锁状态”的初始值，该值表示着该“共享锁”可以同时被多少线程获取。当某个线程调用await方法时，首先判断锁的状态是否处于可获取状态（其条件就是count==0?），如果共享锁可获取则获取共享锁，否则一直处于等待直到获取为止。当线程调用countDown方法时，计数器count – 1。当在创建CountDownLatch时初始化的count参数，必须要有count线程调用countDown方法才会使计数器count等于0，锁才会释放，前面等待的线程才会继续运行。

实例

员工开会只有当所有人到期之后才会开户。我们初始化与会人员为3个，那么CountDownLatch的count应为3：

public class Conference implements Runnable{
private final CountDownLatch countDown;

public Conference(int count){
countDown = new CountDownLatch(count);
}

/**
* 与会人员到达，调用arrive方法，到达一个CountDownLatch调用countDown方法，锁计数器-1
* @author:chenssy
* @data:2015年9月6日
*
* @param name
*/
public void arrive(String name){
System.out.println(name + "到达.....");
//调用countDown()锁计数器 - 1
countDown.countDown();
System.out.println("还有 " + countDown.getCount() + "没有到达...");
}

@Override
public void run() {
System.out.println("准备开会，参加会议人员总数为：" + countDown.getCount());
//调用await()等待所有的与会人员到达
try {
countDown.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("所有人员已经到达，会议开始.....");
}
}

参加与会人员Participater：

public class Participater implements Runnable{
private String name;
private Conference conference;

public Participater(String name,Conference conference){
this.name = name;
this.conference = conference;
}

@Override
public void run() {
conference.arrive(name);
}
}

Test：

public class Test {
public static void main(String[] args) {
//启动会议室线程，等待与会人员参加会议
Conference conference = new Conference(3);
new Thread(conference).start();

for(int i = 0 ; i < 3 ; i++){
Participater participater = new Participater("chenssy-0" + i , conference);
Thread thread = new Thread(participater);
thread.start();
}
}
}

运行结果：

准备开会，参加会议人员总数为：3
chenssy-01到达.....
还有 2没有到达...
chenssy-00到达.....
还有 1没有到达...
chenssy-02到达.....
还有 0没有到达...
所有人员已经到达，会议开始.....

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