Java中使用CountDownLatch進行多線程同步

CountDownLatch介紹

在前面的Java學習筆記中，總結了Java中進行多線程同步的幾個方法：

一、synchronized關鍵字進行同步。

二、Lock鎖接口及其實現類ReentrantLock、ReadWriteLock鎖實現同步。

三、信號量Semaphore實現同步。

其中，synchronized關鍵字和Lock鎖解決的是多個線程對同一資源的併發訪問問題。信號量Semaphore解決的是多副本資源的共享訪問問題。

今天，來學習一下Java中的另一個多線程同步輔助類：CountDownLatch。官方文檔對CountDownLatch的解釋是：在完成一組正在其餘線程中執行的操做以前，它容許一個或多個線程一直等待。也就是說，CountDownLatch控制某個或者多個線程，讓它們等待多個線程完成某項任務後，再啓動。CountDownLatch主要是用來同步多個任務的執行，區別於其餘的synchronized關鍵字，鎖，信號量是用來同步共享資源的。

CountDownLatch實現原理簡介：

CountDownLatch內部維護一個計數器，計數器的值爲待完成的任務數Ｎ，須要等待這Ｎ個任務完成的線程調用CountDownLatch的await()方法使本身進入休眠等待狀態。

當某一個任務線程完成某一個任務後調用CountDownLatch的countDown()方法來表示本身的任務已完成，此時CountDownLatch的計數器值減１，當全部的任務完成式，計數器的值爲０。當計數器值爲0時，CountDownLatch將喚醒全部因await()方法進入休眠的線程。

CountDownLatch的使用：

CountDownLatch的使用主要有3點：

一、CountDownLatch的聲明及初始化，在初始化時須要指定等待完成的任務數。

二、某一個任務完成時調用CountDownLatch的countDown()方法，向CountDownLatch報告本身的任務已經完成，

三、須要等待任務完成的線程調用CountDownLatch的await()方法，調用後該線程將進入休眠，並在全部任務數完成後CountDownLatch的計數器值爲0時，因await()方法進行休眠的線程將被喚醒。

在此本人在Java 7併發編程實戰手冊該書中的CountDownLatch使用示例的基礎上作了部分改進，來演示CountDownLatch的使用詳情：

模擬10個參會者和一個主持人蔘加的一個會以，每一個參會者及主持人須要等待其餘的參會者均到場簽到以後，才能開始會以併發言。爲此，先建立一個會以管理的類VideoConference，其提供一個arrive()方法供參會者調用來進行簽到。會議管理的擁有者是主持人，其等待每一個參會者的簽到：

public class VideoConference implements  Runnable{
    private final CountDownLatch countDownLatch;
    private int number;
    public VideoConference(int number) {
        this.number = number;
        this.countDownLatch = new CountDownLatch(number);//使用Number初始化其內部的計數器，當初始化完成後，不能再次初始化
    }
    public void arrive(String name){
        //每一個須要同步的任務，在任務完成時，須要調用該方法
        countDownLatch.countDown();//countDownLatch內部的計數器減1
        System.out.print("arrive:"+name+"\n");
        try{
            countDownLatch.await();//await方法是線程進入休眠，當countDownLatch計數器爲0時，將被喚醒
            //線程被喚醒，在這裏能夠執行一系列任務
            System.out.print("name:"+name + " say:let's start..." +"\n");
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void run(){
        System.out.print("has arrive:"+(number-countDownLatch.getCount())+"\n");
        try{
            countDownLatch.await();//await方法是線程進入休眠，當countDownLatch計數器爲0時，將被喚醒
            //線程被喚醒，在這裏能夠執行一系列任務
            System.out.print("all arrived:"+(number-countDownLatch.getCount())+"\n");
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

建立一個參會者類Participant：

public class Participant implements  Runnable{
    private VideoConference videoConference;
    private String name;

    public Participant(String name, VideoConference videoConference) {
        this.name = name;
        this.videoConference = videoConference;
    }
    public void run(){
        try {
            //do something
            Thread.sleep(50);
            //
            videoConference.arrive(name);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        VideoConference videoConference = new VideoConference(10);
        Thread videoThread = new Thread(videoConference);
        videoThread.start();
        for(int i=0; i<10; i++){
            Thread thread = new Thread(new Participant("participant:"+i,videoConference));
            thread.start();
        }
    }
}

Participant類中的main函數首先建立了一個須要10個參會者參加的一個會議，以後，建立了10個參會者並逐個簽到，在10個參會者都簽到以後，每一個參會者及主持人將被"喚醒"併發言。

總結：

CountDownLatch類解決的是多線程間的同步等待、任務協調問題，應用在如在啓動某個程序的主功能前，須要前置完成配置環境檢查、網絡檢查等多個子任務等相似的場景。在Java中，除了使用CountDownLatch來實現多線程間的同步等待之外，還可使用柵欄技術CyclicBarrier來實現多線程間的同步等待、任務協調。