CountDownLatch的實現原理是什么

這篇文章主要講解了“CountDownLatch的實現原理是什么”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“CountDownLatch的實現原理是什么”吧！

 前言

CountDownLatch是多線程中一個比較重要的概念，它可以使得一個或多個線程等待其他線程執行完畢之后再執行。它內部有一個計數器和一個阻塞隊列，每當一個線程調用countDown()方法后，計數器的值減少1。當計數器的值不為0時，調用await()方法的線程將會被加入到阻塞隊列，一直阻塞到計數器的值為0。

常用方法

public class CountDownLatch {      //構造一個值為count的計數器     public CountDownLatch(int count);      //阻塞當前線程直到計數器為0     public void await() throws InterruptedException;      //在單位為unit的timeout時間之內阻塞當前線程     public boolean await(long timeout, TimeUnit unit);      //將計數器的值減1，當計數器的值為0時，阻塞隊列內的線程才可以運行     public void countDown();        }

下面給一個簡單的示例：

package com.yang.testCountDownLatch;  import java.util.concurrent.CountDownLatch;  public class Main {     private static final int NUM = 3;      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         CountDownLatch latch = new CountDownLatch(NUM);         for (int i = 0; i < NUM; i++) {             new Thread(() -> {                 try {                     Thread.sleep(2000);                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運行完畢");                 } catch (InterruptedException e) {                     e.printStackTrace();                 } finally {                     latch.countDown();                 }             }).start();         }         latch.await();         System.out.println("主線程運行完畢");     } }

輸出如下：

看得出來，主線程會等到3個子線程執行完畢才會執行。

原理解析

類圖

可以看得出來，CountDownLatch里面有一個繼承AQS的內部類Sync，其實是AQS來支持CountDownLatch的各項操作的。

CountDownLatch(int count)

new CountDownLatch(int count)用來創建一個AQS同步隊列，并將計數器的值賦給了AQS的state。

public CountDownLatch(int count) {     if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");     this.sync = new Sync(count); }  private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {          Sync(int count) {         setState(count);     }  }

countDown()

countDown()方法會對計數器進行減1的操作，當計數器值為0時，將會喚醒在阻塞隊列中等待的所有線程。其內部調用了Sync的releaseShared(1)方法

public void countDown() {      sync.releaseShared(1);  }   public final boolean releaseShared(int arg) {      if (tryReleaseShared(arg)) {          //此時計數器的值為0，喚醒所有被阻塞的線程          doReleaseShared();          return true;      }      return false;  }

tryReleaseShared(arg)內部使用了自旋+CAS操將計數器的值減1，當減為0時，方法返回true，將會調用doReleaseShared()方法。對CAS機制不了解的同學，可以先參考我的另外一篇文章淺探CAS實現原理

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {       //自旋       for (;;) {           int c = getState();           if (c == 0)               //此時計數器的值已經為0了，其他線程早就執行完畢了，當前線程也已經再執行了，不需要再次喚醒了               return false;           int nextc = c-1;           //使用CAS機制，將state的值變為state-1           if (compareAndSetState(c, nextc))               return nextc == 0;       }   }

doReleaseShared()是AQS中的方法，該方法會喚醒隊列中所有被阻塞的線程。

private void doReleaseShared() {      for (;;) {          Node h = head;          if (h != null && h != tail) {              int ws = h.waitStatus;              if (ws == Node.SIGNAL) {                  if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))                      continue;            // loop to recheck cases                  unparkSuccessor(h);              }              else if (ws == 0 &&                       !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))                  continue;                // loop on failed CAS          }          if (h == head)                   // loop if head changed              break;      }  }

這段方法比較難理解，會另外篇幅介紹。這里只要認為該段方法會喚醒所有因調用await()方法而阻塞的線程。

await()

當計數器的值不為0時，該方法會將當前線程加入到阻塞隊列中，并把當前線程掛起。

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

同樣是委托內部類Sync，調用其

acquireSharedInterruptibly()方法

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)           throws InterruptedException {       if (Thread.interrupted())           throw new InterruptedException();       if (tryAcquireShared(arg) < 0)           doAcquireSharedInterruptibly(arg);   }

接著看Sync內的tryAcquireShared()方法，如果當前計數器的值為0，則返回1，最終將導致await()不會將線程阻塞。如果當前計數器的值不為0，則返回-1。

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

tryAcquireShared方法返回一個負值時，將會調用AQS中的

doAcquireSharedInterruptibly()方法，將調用await()方法的線程加入到阻塞隊列中，并將此線程掛起。

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)       throws InterruptedException {       //將當前線程構造成一個共享模式的節點，并加入到阻塞隊列中       final Node node = addWaiter(Node.SHARED);       boolean failed = true;       try {           for (;;) {               final Node p = node.predecessor();               if (p == head) {                           int r = tryAcquireShared(arg);                   if (r >= 0) {                       setHeadAndPropagate(node, r);                       p.next = null; // help GC                       failed = false;                       return;                   }               }               if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                   parkAndCheckInterrupt())                   throw new InterruptedException();           }       } finally {           if (failed)               cancelAcquire(node);       }   }

同樣，以上的代碼位于AQS中，在沒有了解AQS結構的情況下去理解上述代碼，有些困難，關于AQS源碼，會另開篇幅介紹。

使用場景

CountDownLatch的使用場景很廣泛，一般用于分頭做某些事，再匯總的情景。例如：

數據報表：當前的微服務架構十分流行，大多數項目都會被拆成若干的子服務，那么報表服務在進行統計時，需要向各個服務抽取數據。此時可以創建與服務數相同的線程數，交由線程池處理，每個線程去對應服務中抽取數據，注意需要在finally語句塊中進行countDown()操作。主線程調用await()阻塞，直到所有數據抽取成功，最后主線程再進行對數據的過濾組裝等，形成直觀的報表。

風險評估：客戶端的一個同步請求查詢用戶的風險等級，服務端收到請求后會請求多個子系統獲取數據，然后使用風險評估規則模型進行風險評估。如果使用單線程去完成這些操作，這個同步請求超時的可能性會很大，因為服務端請求多個子系統是依次排隊的，請求子系統獲取數據的時間是線性累加的。此時可以使用CountDownLatch，讓多個線程并發請求多個子系統，當獲取到多個子系統數據之后，再進行風險評估，這樣請求子系統獲取數據的時間就等于最耗時的那個請求的時間，可以大大減少處理時間。

感謝各位的閱讀，以上就是“CountDownLatch的實現原理是什么”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對CountDownLatch的實現原理是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！