Java8 CountDownLatch 源码分析

一、CountDownLatch 概述

1.1 什么是 CountDLatch

闭锁（CountDownLatch）是 java.util.concurrent 包下的一种同步工具类。闭锁可以用来确保某些活动直到其他活动都完成后才执行。

闭锁相当于一扇门：在闭锁到达结束状态之前，这扇门一直是关闭的，并且没有任何线程能通过，当达到结束状态时，这扇门会打开，并允许所有的线程通过。

1.2 CountDownLatch 的应用场景

确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才执行
确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动
等待直到每个操作的所有参与者都就绪再执行（比如打麻将时需要等待四个玩家就绪）

1.3 CountDownLatch 简单应用

我们知道 4 个人玩纸牌游戏一定会先等所有玩家就绪后才会发牌，下面我们就来用闭锁简单的模拟一下。

public class CountDownLatchTest {/*** 初始化需要等待的 4 个事件*/private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(4);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 创建 4 个线程分别代表 4 个玩家new Thread(() -> { System.out.println("玩家 1 已就绪"); latch.countDown(); }).start();new Thread(() -> { System.out.println("玩家 2 已就绪"); latch.countDown(); }).start();new Thread(() -> { System.out.println("玩家 3 已就绪"); latch.countDown(); }).start();new Thread(() -> { System.out.println("玩家 4 已就绪"); latch.countDown(); }).start();// 所有玩家就绪前一直阻塞latch.await();System.out.println("所有玩家已就绪，请发牌");}
}

下面是控制台输出：

二、CountDownLatch 原理分析

CountDownLatch 底层是基于 AQS 实现的，如果不懂 AQS 原理的小伙伴需要先了解下 AQS 再来看这篇文章。

2.1 API 相关方法

构造函数：

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

CountDownLatch 内部有一个 Sync 同步对象，这个对象是一个内部类实现了 AQS，下面我们会具体来看方法实现。

await 方法：

    public void await() throws InterruptedException {// 共享式检查是否中断，如果中断抛出异常// 调用 tryAcquireShared 方法尝试获取同步状态，当闭锁内的线程执行完毕后尝试获取成功，直接返回sync.acquireSharedInterruptibly(1);}

countDown 方法：

    public void countDown() {// 调用 releaseShared 每次使同步状态值减 1sync.releaseShared(1);}

通过上面的 API 我们应该能知道其大概的原理了，在 CountDownLatch 初始化的时候会有一个初始的同步状态值，这个同步状态值可以理解为放行前的所要执行的线程数，每次调用 countDown 方法时就把同步状态值减 1，await 方法会自旋检查同步状态值是否为 0，当不为 0 时会阻塞线程，当为 0 时会直接返回，该方法是支持相应中断的，当线程中断时会抛出异常。因此该方法可以理解为一扇门，只有当指定数量的线程执行完后，才会执行后续的代码。

上面我们已经理解了大概的流程，下面来看下具体的实现代码。

2.2 Sync 同步类

    private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {// 初始化闭锁 count 值Sync(int count) {setState(count);}int getCount() {return getState();}//  通过共享方式尝试获取锁protected int tryAcquireShared(int acquires) {return (getState() == 0) ? 1 : -1;}// 通过共享方式尝试释放锁// 因为该方法是线程共享的，因此需要通过 CAS 操作保证线程安全protected boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) {int c = getState();// 同步状态值在上一次置 0 时已经放行，因此返回 falseif (c == 0)return false;// 同步状态值 - 1int nextc = c-1;// 为 0 时返回 trueif (compareAndSetState(c, nextc))return nextc == 0;}}}

内部代码很简单，如果你明白了 AQS 的内部原理，这些代码是很容易理解的，如果你对这里的代码感觉到陌生，那么你一定要好好的再去了解下 AQS 了。

AQS 的原理设计的很巧妙，相对来说也比较难理解，后面想梳理这块内容的时候会尝试着总结一下，如果你对这块感兴趣，也可以到我的 GitHub 去看对应的源码。

jdk1.8 源码阅读：https://github.com/zchen96/jdk1.8-source-code-read

参考资料

《Java 并发编程实战》