java并发学习-CountDownLatch实现原理全面讲解

时间:2022-12-07 09:23:43

CountDownLatch在多线程并发编程中充当一个计时器的功能,并且维护一个count的变量,并且其操作都是原子操作。

如下图,内部有下static final的Sync类继承自AQS.

java并发学习-CountDownLatch实现原理全面讲解

该类主要通过countDown()和await()两个方法实现功能的,首先通过建立CountDownLatch对象,并且传入参数即为count初始值。

如果一个线程调用了await()方法,那么这个线程便进入阻塞状态,并进入阻塞队列。

如果一个线程调用了countDown()方法,则会使count-1;当count的值为0时,这时候阻塞队列中调用await()方法的线程便会逐个被唤醒,从而进入后续的操作。

java并发学习-CountDownLatch实现原理全面讲解

补充:Java并发包中CountDownLatch的工作原理、使用示例

1. CountDownLatch的介绍

CountDownLatch是一个同步工具,它主要用线程执行之间的协作。CountDownLatch 的作用和 Thread.join() 方法类似,让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作后才被唤醒。在直接创建线程的年代(Java 5.0 之前),我们可以使用 Thread.join()。在线程池出现后,因为线程池中的线程不能直接被引用,所以就必须使用 CountDownLatch 了。

CountDownLatch主要有两个方法,当一个或多个线程调用await方法时,这些线程会阻塞。其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会阻塞),当计数器的值变为0时,因await方法阻塞的线程会被唤醒,继续执行。

实现原理:计数器的值由构造函数传入,并用它初始化AQS的state值。当线程调用await方法时会检查state的值是否为0,如果是就直接返回(即不会阻塞);如果不是,将表示该节点的线程入列,然后将自身阻塞。当其它线程调用countDown方法会将计数器减1,然后判断计数器的值是否为0,当它为0时,会唤醒队列中的第一个节点,由于CountDownLatch使用了AQS的共享模式,所以第一个节点被唤醒后又会唤醒第二个节点,以此类推,使得所有因await方法阻塞的线程都能被唤醒而继续执行。

从源代码和实现原理中可以看出一个CountDownLatch对象,只能使用一次,不能重复使用。

await方法源码

  1. public void await() throws InterruptedException { 
  2. sync.acquireSharedInterruptibly(1); 
  3.   
  4. public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) 
  5. throws InterruptedException { 
  6. if (Thread.interrupted()) 
  7. throw new InterruptedException(); 
  8. if (tryAcquireShared(arg) < 0) 
  9. doAcquireSharedInterruptibly(arg); 
  10.   
  11. protected int tryAcquireShared(int acquires) { 
  12. return (getState() == 0) ? 1 : -1; 

doAcquireSharedInterruptibly 主要实现线程的入列与阻塞。

countDown方法

  1. public void countDown() {
  2. sync.releaseShared(1);
  3. }
  4.  
  5. public final boolean releaseShared(int arg) {
  6. if (tryReleaseShared(arg)) {
  7. doReleaseShared();
  8. return true;
  9. }
  10. return false;
  11. }
  12.  
  13. protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
  14. // Decrement count; signal when transition to zero
  15. for (;;) {
  16. int c = getState();
  17. if (c == 0)
  18. return false;
  19. int nextc = c-1;
  20. if (compareAndSetState(c, nextc))
  21. return nextc == 0;
  22. }
  23. }

doReleaseShared主要实现唤醒第一个节点,第一个节点有会唤醒第二个节点,……。

2. 使用示例

  1. package demo;
  2. import java.util.Random;
  3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
  4. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  5. import java.util.concurrent.Executors;
  6. public class CountDownLatchDemo {
  7. private CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(2);
  8. private Random rnd = new Random();
  9.  
  10. class FirstTask implements Runnable{
  11. private String id;
  12.  
  13. public FirstTask(String id){
  14. this.id = id;
  15. }
  16.  
  17. @Override
  18. public void run(){
  19. System.out.println("Thread "+ id + " is start");
  20. try {
  21. Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
  22. } catch (InterruptedException e) {
  23. e.printStackTrace();
  24. }
  25. System.out.println("Thread "+ id + " is over");
  26. cdl.countDown();
  27. }
  28. }
  29.  
  30. class SecondTask implements Runnable{
  31. private String id;
  32.  
  33. public SecondTask(String id){
  34. this.id = id;
  35. }
  36.  
  37. @Override
  38. public void run(){
  39. try {
  40. cdl.await();
  41. } catch (InterruptedException e) {
  42. e.printStackTrace();
  43. }
  44. System.out.println("----------Thread "+ id + " is start");
  45. try {
  46. Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
  47. } catch (InterruptedException e) {
  48. e.printStackTrace();
  49. }
  50. System.out.println("----------Thread "+ id + " is over");
  51. }
  52. }
  53.  
  54. public static void main(String[] args){
  55. ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
  56. CountDownLatchDemo cdld = new CountDownLatchDemo();
  57. es.submit(cdld.new SecondTask("c"));
  58. es.submit(cdld.new SecondTask("d"));
  59. es.submit(cdld.new FirstTask("a"));
  60. es.submit(cdld.new FirstTask("b"));
  61. es.shutdown();
  62. }
  63. }

在这个示例中,我们创建了四个线程a、b、c、d,这四个线程几乎同时提交给了线程池。c线程和d线程会在a线程和b线程结束后开始执行。

运行结果

  1. Thread a is start
  2. Thread b is start
  3. Thread b is over
  4. Thread a is over
  5. ----------Thread c is start
  6. ----------Thread d is start
  7. ----------Thread d is over
  8. ----------Thread c is over

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持服务器之家。如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教。

原文链接:https://blog.csdn.net/kangbin825/article/details/105397247