多線程之CountDownLatch的用法及原理筆記

前言-CountDownLatch是什麼？

CountDownLatch是具備synchronized機制的一個工具，目的是讓一個或者多個線程等待，直到其餘線程的一系列操做完成。

CountDownLatch初始化的時候，須要提供一個整形數字，數字表明着線程須要調用countDown()方法的次數，當計數爲0時，線程纔會繼續執行await()方法後的其餘內容。
CountDownLatch(int count);

對象中的方法

getCount：
返回當前的計數count值，

public void countDown()
調用此方法後，會減小計數count的值。
遞減後若是爲0，則會釋放全部等待的線程

public void await()
           throws InterruptedException
調用CountDownLatch對象的await方法後。
會讓當前線程阻塞，直到計數count遞減至0。

若是當前線程數大於0，則當前線程在線程調度中將變得不可用，並處於休眠狀態，直到發生如下兩種狀況之一：

一、調用countDown()方法，將計數count遞減至0。

二、當前線程被其餘線程打斷。

public boolean await(long timeout,
            TimeUnit unit)
              throws InterruptedException

同時await還提供一個帶參數和返回值的方法。

若是計數count正常遞減，返回0後，await方法會返回true並繼續執行後續邏輯。

或是，還沒有遞減到0，而到達了指定的時間間隔後，方法返回false。

若是時間小於等於0，則此方法不執行等待。

實際案例

join阻塞等待線程完成

首先創建3個線程。

public class Worker1 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("-線程1啓動");
        try {
            Thread.sleep(13_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("線程1完成--我休眠13秒\r\n");
    }
}

public class Worker2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("-線程2啓動");
        try {
            Thread.sleep(3_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("線程2完成--我休眠3秒\r\n");
    }
}

public class Worker3 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("-線程3啓動");
        try {
            Thread.sleep(3_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


        try {
            Thread.sleep(3_000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("線程3完成--我休眠6秒\r\n");
        System.out.println();
    }
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Worker1 worker1 = new Worker1();
        Worker2 worker2 = new Worker2();
        Worker3 worker3 = new Worker3();

        Thread thread1 = new Thread(worker1,"線程1");
        Thread thread2 = new Thread(worker2,"線程2");
        Thread thread3 = new Thread(worker3,"線程3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();

        thread1.join();
        thread2.join();
        thread3.join();
        System.out.println("主線程結束....");

    }
}

打印結果以下：

-線程3啓動
-線程2啓動
-線程1啓動
線程2完成--我休眠3秒
線程3完成--我休眠6秒

線程1完成--我休眠13秒

主線程結束....
Process finished with exit code 0

能夠看出三個線程是並行執行的。啓動順序，並不和執行完畢的順序一致，但能夠明確的是，主線程爲一直阻塞，直到三個線程執行完畢。

CountDownLatch用法

阿里巴巴的數據庫鏈接池Druid中也用了countDownLatch來保證初始化。

// 開啓建立鏈接的線程，若是線程池createScheduler爲null，
//則開啓單個建立鏈接的線程
createAndStartCreatorThread();  

 // 開啓銷燬過時鏈接的線程
createAndStartDestroyThread();

本身編寫一個例子：
這裏模擬一種狀況：
主線程 依賴 線程A初始化三個數據，才能繼續加載後續邏輯。

public class CountDownArticle {
    /**
     * 模擬 主線程 依賴 線程A初始化一個數據，才能繼續加載後續邏輯
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AtomicReference<String> key = new AtomicReference<>("");
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
            Thread t = new Thread(() -> {
            try {

                //休眠5秒，模擬數據的初始化
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

                key.set("核心祕鑰123456");
                System.out.println("數據1初始化完畢");

                //釋放---此處能夠在任何位置調用，很靈活
                countDownLatch.countDown();

                System.out.println("數據2初始化完畢");
                countDownLatch.countDown();

                System.out.println("數據3初始化完畢");
                countDownLatch.countDown();

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        });
        t.start();

        //等待數據初始化，阻塞
        countDownLatch.await();
        System.out.println("key：" + key.get());
    }
}

打印內容以下：

數據1初始化完畢
數據2初始化完畢
數據3初始化完畢
key：核心祕鑰123456

CountDownLatch和Join用法的區別？

在使用join()中，多個線程只有在執行完畢以後歐才能被解除阻塞，而在CountDownLatch中，線程能夠在任什麼時候候任何位置調用countdown方法減小計數，經過這種方式，咱們能夠更好地控制線程的解除阻塞，而不是僅僅依賴於鏈接線程的完成。

join()方法的執行邏輯以下圖所示：

原理

從源碼能夠看出，CountDownLatch是依賴於AbstractQueuedSynchronizer來實現這一系列邏輯的。

隊列同步器AbstractQueuedSynchronizer
是一個用來構建鎖和同步器的框架,它在內部定義了一個被標識爲volatile的名爲state的變量,用來表示同步狀態。

多個線程之間能夠經過AQS來獨佔式或共享式的搶佔資源。

而且它經過內置的FIFO隊列來完成線程的排隊工做。

CountDownLatch中的Sync會優先嚐試修改state的值，來獲取同步狀態。例如，若是某個線程成功的將state的值從0修改成1，表示成功的獲取了同步狀態。 這個修改的過程是經過CAS完成的，因此能夠保證線程安全。

反之，若是修改state失敗，則會將當前線程加入到AQS的隊列中，並阻塞線程。

總結

CountDownLatch(int N) 中的計數器，可讓咱們支持最多等待N個線程的操做完成，或是一個線程操做N次。

若是僅僅只須要等待線程的執行完畢，那麼join可能就能知足。可是若是須要靈活的控制線程，使用CountDownLatch。

注意事項

countDownLatch.countDown();

這一句話儘可能寫在finally中，或是保證此行代碼前的邏輯正常運行，由於在一些狀況下，出現異常會致使沒法減一，而後出現死鎖。

CountDownLatch 是一次性使用的，當計數值在構造函數中初始化後，就不能再對其設置任何值，當 CountDownLatch 使用完畢，也不能再次被使用。

寫在最後

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