03-24 AQS之CountDownLatch

CountDownLatch介绍

• CountDownLatch是一个同步协助类，允许一个或多个线程等待，直到其他线程完成操作。
• CountDownLatch是一种公平锁的实现
• CountDownLatch使用给定的计数值（count）初始化。await方法会阻塞直到当前的计数值（count）由于countDown方法的调用达到0，count为0之后所有等待的线程都会被释放，并且随后对await方法的调用都会立即返回

CountDownLatch应用场景

CountDownLatch一般用作多线程倒计时计数器，强制它们等待其他一组（CountDownLatch的初始化决定）任务执行完成。

场景1 让多个线程等待：模拟并发，让并发线程一起执行

CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    //准备完毕……运动员都阻塞在这，等待号令
                    countDownLatch.await();
                    String parter = "【" + Thread.currentThread().getName() + "】";
                    System.out.println(parter + "开始执行……");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(2000);// 裁判准备发令
        countDownLatch.countDown();// 发令枪：执行发令

await执行流程：

• 每个线程执行await方法，实际调用acquireSharedInterruptibly方法，arg=1

• CountDownLath的tryAcquireShared的实现是：当state不为0，都是返回-1，也就是有资源的时候都会调用doAcquireSharedInterruptibly

• 而doAcquireSharedInterruptibly，也就是和AQS的方法一样，初始化等待队列，入队，然后把节点的waitState设置为-1，也就是next节点可以被唤醒。

countDown流程：

• 实际调用releaseShared，arg=1

• 在tryReleaseShared里面，会通过cas把state的值-1，只有state-1后的值是0才会返回true。如果最后的state=0，也就是所有的线程都准备好了，然后执行doReleaseShared。

• 此时的head节点的waitState是-1，所以会进入到unparkSuccessor去唤醒线程

场景2 让单个线程等待：多个线程(任务)完成后，进行汇总合并

CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int index = i;
            new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000 + ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000));
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" finish task" + index );
                    countDownLatch.countDown();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
        // 主线程在阻塞，当计数器==0，就唤醒主线程往下执行。
        countDownLatch.await();
        System.out.println("主线程:在所有任务运行完成后，进行结果汇总");

CountDownLatch实现原理

• 底层基于 AbstractQueuedSynchronizer 实现，CountDownLatch 构造函数中指定的count直接赋给AQS的state；每次countDown()则都是release(1)减1，最后减到0时unpark阻塞线程；这一步是由最后一个执行countdown方法的线程执行的。
• 而调用await()方法时，当前线程就会判断state属性是否为0，如果为0，则继续往下执行，如果不为0，则使当前线程进入等待状态，直到某个线程将state属性置为0，其就会唤醒在await()方法中等待的线程。

CountDownLatch与Thread.join的区别

• CountDownLatch可以手动控制在n个线程里调用n次countDown()方法使计数器进行减一操作，也可以在一个线程里调用n次执行减一操作
• 而 join() 的实现原理是不停检查join线程是否存活，如果 join 线程存活则让当前线程永远等待