JUC系列学习工具类CountDownLatch详解

前言：

项目中我们经常会遇到有时候需要等待其他线程完成任务后，主线程才能执行其他任务，那么我们将如何实现呢？

Join 解决方案

join 的工作原理是,检查thread是否存活，如果存活则让当前线程永远wait，直到 thread线程终止，线程的 notifyAll才会被调用。

具体实现

public class JoinAThread extends Thread
{
   @Override
   public void run() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
               " 线程开始");
               try {
                   Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
        System.out.println( Thread.currentThread().getName() +
               " 线程执行完毕");
   }
}

public class JoinBThread extends Thread
{
   @Override
   public void run() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
               " 线程开始");
               try {
                   Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
        System.out.println( Thread.currentThread().getName() +
               " 线程执行完毕");
   }
}

public class JoinTest
{
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
      JoinAThread joinA =new JoinAThread();
      Thread threadA =new Thread(joinA,"线程A");

JoinBThread joinB =new JoinBThread();
      Thread threadB =new Thread(joinB,"线程B");
      threadA.start();
      threadB.start();
      threadA.join();
      threadB.join();

System.out.println("子线程执行完成了，主线程"+Thread.currentThread().getName()+"开始执行了");
    }
}

执行结果

从结果中，我们可以看出只有子线程执行完成了，主线程才开始执行。join的实现我们需要每个线程进行join，如果存在多个线程，那么写起来会比较的繁琐，那么又没更新优化的方案了，答案是JUC下面的工具类CountDownLatch，也能完成同样的功能。

CountDownLatch 解决方案

具体实现

public class CountDownLatchTest
{
   private static Logger logger =LoggerFactory.getLogger(CountDownLatchTest.class);
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException
   {
       ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
       final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
       for (int i = 1; i <= 10; i++){
           exec.execute(() -> {
               try {
                   invokeServiec();
               } catch (InterruptedException e)
               {
                   logger.info("invoce service error",e);
               }
               finally
               {
                   //计数器减一
                   countDownLatch.countDown();
               }
           });
       }
       countDownLatch.await();
       logger.info("所有的子线程执行完成,主线程"+Thread.currentThread().getName()+"开始执行");
   }

private static void invokeServiec() throws InterruptedException
   {
       logger.info(Thread.currentThread().getName()+",开始执行任务");
       Thread.sleep(300);
   }
}

说明：CountDownLatch中有两个方法一个是await()方法，调用这个方法的线程会被阻塞，另外一个是countDown() 方法，调用此方法会使计数器减一，当计数器的值为0时,调用await()方法被阻塞的线程才会被唤醒。

执行结果：

原理说明

CountDownLatch 是一个计数器闭锁，通过它可以完成类似于阻塞当前线程的功能，即：一个线程或多个线程一直等待，直到其他线程执行的操作完成。

基本原理

CountDownLatch

CountDownLatch内部定义计数器和一个队列。当计数器的值递减为0之前，阻塞队列里面的线程处于挂起状态，当计数器递减到0时会唤醒阻塞队列所有线程，计数器是一个标志，可以表示一个任务一个线程，也可以表示一个倒计时器。

常用的方法

countDown:用于使计数器减一，其一般是执行任务的线程调用. await: 使用线程处于等待状态，其一般是主线程调用.

countDown

countDown实现方法如下：

说明：sync是一个AQS的队列，调用的为AQS的releaseShared方法，其具体实现如下：

而releaseShared调用为CountDownLatch中的内部类sync中的tryReleaseShared方法,具体实现如下：

tryReleaseShared(int)方法即对state属性进行减一操作的代码.通过CAS进行减操作来保证原子性，其会比较state是否为c，如果是则将其设置为nextc(自减1)，如果state不为c，则说明有另外的线程在getState()方法和compareAndSetState()方法调用之间对state进行了设置，当前线程也就没有成功设置state属性的值，其会进入下一次循环中，如此往复，直至其成功设置state属性的值，即countDown()方法调用成功。

而doReleaseShared方法调用的为AbstractQueuedSynchronizer简称AQS的doReleaseShared方法，

说明：首先判断头结点不为空，且不为尾节点，说明等待队列中有等待唤醒的线程，这里需要说明的是，在等待队列中，头节点中并没有保存正在等待的线程，其只是一个空的Node对象，真正等待的线程是从头节点的下一个节点开始存放的，因而会有对头结点是否等于尾节点的判断。在判断等待队列中有正在等待的线程之后，其会清除头结点的状态信息，并且调用unparkSuccessor(Node)方法唤醒头结点的下一个节点，使其继续往下执行。如下是unparkSuccessor(Node)方法的具体实现：

可以看到，unparkSuccessor(Node)方法的作用是唤醒离传入节点最近的一个处于等待状态的线程，使其继续往下执行。

await

await方法实现如下：

await()方法调用了Sync对象的方法acquireSharedInterruptibly(int)方法，该方法的具体实现如下：

在doAcquireSharedInterruptibly(int)方法中，首先使用当前线程创建一个共享模式的节点。然后在一个for循环中判断当前线程是否获取到执行权限，如果有（r >= 0判断）则将当前节点设置为头节点，并且唤醒后续处于共享模式的节点；如果没有，则对调用shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node)和parkAndCheckInterrupt()方法使当前线程处于"搁置"状态，该"搁置"状态是由操作系统进行的，这样可以避免该线程无限循环而获取不到执行权限，造成资源浪费，这里也就是线程处于等待状态的位置，也就是说当线程被阻塞的时候就是阻塞在这个位置。当有多个线程调用await()方法而进入等待状态时，这几个线程都将等待在此处。

来源：https://juejin.cn/post/7132484030544478222