简约而不简单的CountDownLatch
CountDownLatch是什么?
CountDownLatch是JDK1.5之后提供的一个同步工具,在并发包下面,它可以让一个或多个线程等待,一直等到其他线程中执行完成一组操作。实现功能和java多线程中的join() 方法很像;想要详细了解join方法可以看我另一篇文章: java多线程join()方法的作用和实现原理
CountDownLatch有哪些常用方法
CountDownLatch在调用构造方法初始化时,需要指定用给定一个整数作为计数器;这个计数器用来阻塞await方法;
- countDown方法 : 计数器会被减1,调用此方法不会阻塞
- await方法 : 如果计数器大于0时,线程会被阻塞,一直到计数器被countDown方法减到0时,线程才会继续执行。计数器是无法重置的,当计数器被减到0时,调用await方法都会直接返回。从而解除阻塞状态执行await方法后面的代码;
应用场景
说明白了用法,那么这个同步工具能用在哪些场景呢?假设我们有以下的场景:
比如有三个人小红、小李、小王, 三个人相约一起去酒店吃饭,菜已经点好了, 三个人从不同的地方出发,只有三个人都到了酒店之后才会开始上菜;那么这三个人就分别代表三个线程,这三个线程执行完之后才会执行 “上菜” 的代码逻辑;这种场景下就可以使用CountDownLatch实现
上代码 ConutDownLatchDemo.java
package com.Lock;import java.util.concurrent.CountDownLatch;/*** 使用CountDownLatch同步器实现多线程等待* 比如有三个人小红、小李、小王, 三个人相约一起去酒店吃饭,菜已经点好了, 三个人从不同的地方出发,只有三个人都到了酒店之后才会开始上菜;那么这三个人就分别代表三个线程,这三个线程执行完之后才会执行 “上菜” 的代码逻辑,**/
public class ConutDownLatchDemo implements Runnable{CountDownLatch latch ;public ConutDownLatchDemo (CountDownLatch latch){this.latch = latch;}@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始出发了");try {Thread.sleep(1000); // 到酒店的过程中用延时1秒来代替} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"到酒店了");latch.countDown();// 计数器 - 1}
}class Hotel implements Runnable{// 同步工具CountDownLatch latch ;public Hotel (CountDownLatch latch){this.latch = latch;}@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"正在等待大家的到来.....");try {// 如果计数器的值 > 0 ,则执行当前方法时进入阻塞,如果小于0,则放行latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("人齐了,"+Thread.currentThread().getName() +"服务员开始上菜");}
}class Main1{public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);new Thread(new ConutDownLatchDemo(latch), "小红").start();new Thread(new ConutDownLatchDemo(latch), "小王").start();new Thread(new ConutDownLatchDemo(latch), "小李").start();// 酒店线程new Thread(new Hotel(latch), "酒店").start();}
}
通过打印结果可以看到,服务员上菜之前,酒店的线程一直阻塞着,只有当三个人都到了酒店之后才会开始上菜;
其中一个线程阻塞了或者挂了怎么办?
三个人一起到饭店吃饭,如果有一个人在路上出了点事情,迟迟不能到饭店,或者说临时被老板叫去加班, 不来了,其他的人也不能一直等啊,这时候怎么办?
解决办法很简单,await() 有一个重载的方法
await(long timeout, TimeUnit unit)
比如我们设置为5秒钟,
latch.await(5, TimeUnit.SECONDS);
那么超过5秒后,不管人来没来齐,服务员都会照样上菜;
CountDownLatch的实现原理
CountDownLatch有一个内部类叫做Sync,它继承了AbstractQueuedSynchronizer类,其中维护了一个整数state,并且保证了修改state的可见性和原子性。
创建CountDownLatch实例时,也会创建一个Sync的实例,同时把计数器的值传给Sync实例,具体是这样的:
public CountDownLatch(int count) {if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");this.sync = new Sync(count);
}
在 countDown
方法中,只调用了Sync实例的releaseShared
方法,具体是这样的:
public void countDown() {sync.releaseShared(1);
}
其中的releaseShared
方法,先对计数器进行减1操作,如果减1后的计数器为0,唤醒被await方法阻塞的所有线程,具体是这样的:
public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) { //对计数器进行减一操作doReleaseShared();//如果计数器为0,唤醒被await方法阻塞的所有线程return true;}return false;
}
其中的tryReleaseShared
方法,先获取当前计数器的值,如果计数器为0时,就直接返回;如果不为0时,使用CAS方法对计数器进行减1操作,具体是这样的:
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) {//死循环,如果CAS操作失败就会不断继续尝试。int c = getState();//获取当前计数器的值。if (c == 0)// 计数器为0时,就直接返回。return false;int nextc = c-1;if (compareAndSetState(c, nextc))// 使用CAS方法对计数器进行减1操作return nextc == 0;//如果操作成功,返回计数器是否为0}
}
在await
方法中,只调用了Sync实例的acquireSharedInterruptibly
方法,具体是这样的:
public void await() throws InterruptedException {sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
其中acquireSharedInterruptibly
方法,判断计数器是否为0,如果不为0则阻塞当前线程,具体是这样的:
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();if (tryAcquireShared(arg) < 0)//判断计数器是否为0doAcquireSharedInterruptibly(arg);//如果不为0则阻塞当前线程
}
其中tryAcquireShared
方法,是AbstractQueuedSynchronizer中的一个模板方法,其具体实现在Sync类中,其主要是判断计数器是否为零,如果为零则返回1,如果不为零则返回-1,具体是这样的:
protected int tryAcquireShared(int acquires) {return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
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