java并發(fā)編程JUC CountDownLatch線程同步

CountDownLatch是一種線程同步輔助工具，它允許一個(gè)或多個(gè)線程等待其他線程正在執(zhí)行的一組操作完成。CountDownLatch的概念在java并發(fā)編程中非常常見，面試也會(huì)經(jīng)常被問到，所以一定要好好理解掌握。

CountDownLatch與其他并發(fā)編程工具類，如CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue等在java.util.concurrent包中與JDK 1.5一起被引入。CountDownLatch能讓一個(gè)java線程等待其他線程完成任務(wù)，比如Application的主線程等待，直到其他負(fù)責(zé)啟動(dòng)框架服務(wù)的服務(wù)線程完成所有服務(wù)的啟動(dòng)。

1、CountDownLatch是什么?

CountDownLatch用線程數(shù)來(lái)初始化一個(gè)計(jì)數(shù)器，每當(dāng)一個(gè)線程完成執(zhí)行時(shí)，這個(gè)計(jì)數(shù)器就會(huì)遞減。當(dāng)計(jì)數(shù)為零時(shí)，表示所有線程都已完成執(zhí)行，處于等待狀態(tài)的主線程可以繼續(xù)執(zhí)行。

下面我們使用偽代碼的方式描述CountDownLatch 的作用

• 主線程啟動(dòng)，并為N個(gè)線程(假設(shè)n=3)初始化CountDownLatch(n)
• 啟動(dòng)n個(gè)線程
• 主線程阻塞等待
• 線程1執(zhí)行完成，CountDownLatch -1 = 2，主線程繼續(xù)阻塞
• 線程3執(zhí)行完成，CountDownLatch -1 = 1，主線程繼續(xù)阻塞
• 線程4執(zhí)行完成，CountDownLatch -1 = 0，主線程恢復(fù)執(zhí)行

2、CountDownLatch 如何工作

CountDownLatch.java類里面定義了一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。count實(shí)質(zhì)上是線程數(shù)，這個(gè)值只能設(shè)置一次，CountDownLatch沒有提供方法來(lái)重置這個(gè)數(shù)。

CountDownLatch.public CountDownLatch(int count) {...}

使用CountDownLatch的主線程要去等待其他線程執(zhí)行完成，所以這個(gè)主線程必須在啟動(dòng)其他線程后立即調(diào)用 CountDownLatch.await() 方法，該方法阻塞主線程處于等待狀態(tài)，直到其他線程執(zhí)行完畢，才會(huì)停止阻塞。

其他N個(gè)線程必須有CountDownLatch對(duì)象的引用，因?yàn)樗鼈冃枰ㄖ狢ountDownLatch對(duì)象它們已經(jīng)完成任務(wù)。這個(gè)通知是由方法CountDownLatch.countDown()來(lái)完成的，每調(diào)用一次該方法，就會(huì)將構(gòu)造函數(shù)中設(shè)置的初始計(jì)數(shù)count減少1，所以當(dāng)所有N個(gè)線程都調(diào)用了這個(gè)方法后count計(jì)數(shù)達(dá)到0，主線程就可以不受await()方法阻塞恢復(fù)執(zhí)行了。

所以CountDownLatch特別適合于那些需要等待N個(gè)線程完成后再開始執(zhí)行的場(chǎng)景。例如一個(gè)應(yīng)用程序的啟動(dòng)類，在處理用戶請(qǐng)求之前，要確保所有N個(gè)外部系統(tǒng)都是處于運(yùn)行狀態(tài)的。

3、CountDownLatch 代碼例子

假設(shè)我們的應(yīng)用程序主線程啟動(dòng)之前，要檢查另外4個(gè)程序是否準(zhǔn)備就緒，只有其他的4個(gè)程序準(zhǔn)備就緒，我們的主程序才能繼續(xù)執(zhí)行。就可以使用下面的代碼來(lái)操作：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Tester {
   public static void main(String args[]) {
      //設(shè)置計(jì)數(shù)器 counter = 4 ，等于線程數(shù)
      CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(4);

      Thread app1 = new Thread(new Application("App1",  countDownLatch));
      Thread app2 = new Thread(new Application("App2",  countDownLatch));          
      Thread app3 = new Thread(new Application("App3",  countDownLatch));
      Thread app4 = new Thread(new Application("App4",  countDownLatch));  
 
      // 啟動(dòng)多線程去檢查其他四個(gè)程序的可用狀態(tài)
      app1.start();
      app2.start();
      app3.start();
      app4.start();

      try {
         //主線程調(diào)用await進(jìn)行等待，等待上述四個(gè)線程正常完成
         countDownLatch.await();            
         //上述四個(gè)線程檢查的應(yīng)用程序啟動(dòng)正常之后, 打印如下信息
         System.out.println("All applications are up and running.");
      } catch(InterruptedException e) {
         System.out.println(e.getMessage());
      }        
   }
}

子線程程序，每一個(gè)線程都持有countDownLatch對(duì)象，線程正常執(zhí)行完成之時(shí)，使用countDownLatch.countDown()方法將countDownLatch對(duì)象的計(jì)數(shù)器減1。

class Application implements Runnable {
   private String name; //應(yīng)用程序名稱
   private CountDownLatch countDownLatch; 

   public Application(String name, CountDownLatch countDownLatch) {
      this.name = name;
      this.countDownLatch = countDownLatch;
   }

   public void run() {
      try {
         System.out.println(name + " started. ");
         Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println(e.getMessage());
      }
      System.out.println( name + " is Up and running.");
      //將countDownLatch計(jì)數(shù)器的值減1
      countDownLatch.countDown();    
   }
}

上述程序的打印輸出結(jié)果是，可以結(jié)合輸出結(jié)果去理解上文中講述的CountDownLatch 工作原理：

App2 started.  
App3 started.  
App1 started.  
App4 started.  
App1 is Up and running.
App3 is Up and running.
App4 is Up and running.
App2 is Up and running.
All applications are up and running.

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