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Java高并发编程基础三大利器之CountDownLatch

引言

上一篇文章我们介绍了 AQS 的信号量 Semaphore ,接下来应该轮到 CountDownLatch 了。

什么是CountDownLatch

CountDownLatch 是通过一个计数器来实现的,计数器的初始值是线程的数量。每当一个线程执行完毕后,计数器的值就减1,当计数器的值为 0 时,表示所有线程都执行完毕,然后在闭锁上(调用await方法的线程)等待的线程就可以恢复工作了。

应用场景

CountDownLatch 可以用来干什么呢?有什么应用场景?实际项目中有应用的场景吗?这应该才是大家比较关心的。我们先来看看官网提供的例子是如何进行应用的https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/CountDownLatch.html 官方提供了两个 demo 我直接把它转成了图片顺带推荐下这个代码转图片的网址https://www.dute.org/code-snapshot 还挺好用的。

官网demo1

The first is a start signal that prevents any worker from proceeding until the driver is ready for them to proceed; The second is a completion signal that allows the driver to wait until all workers have completed.

  • 第一个开始信号( startSignal )会阻止任何工人( worker )开始工作,在司机到来之前。说白了就是司机没来工人就不能干活。

  • 第二个是完成信号 ( doneSignal ),允许司机 Driver 等待,直到所有的工人完成.说白了就是司机要等到所有工人完工为止。

官网demo2

Another typical usage would be to divide a problem into N parts, describe each part with a Runnable that executes that portion and counts down on the latch, and queue all the Runnables to an Executor. When all sub-parts are complete, the coordinating thread will be able to pass through await.

另一种典型的用法就是把一个大任务拆分N个部分,让多个线程(Worker)执行,每个线程(Worker)执行完自己的部分计数器就减1,当所有子部分都完成后,Driver 才继续向下执行才继续执行。就好比富士康手机加工的流水线一样,组装一步手机需要一条条的流水线来相互配合完成。一条条流水线(Worker),每条线都干自己的活。有的流水线是贴膜的,有的流水线是打螺丝的,有的流水线是质检的、有的流水线充电的、有的流水线贴膜的。等这些流水线都干完了就把一部手机组装完成了。

上面两个就是官方提供的demo,下面我再来两个我们平时开发中可以用到的栗子:

多个线程等待:模拟并发,让并发线程一起执行。

有时候我们写了接口想去压测下它,看看它的最大并发数大概是多少。当然我们可以使用 Jmeter 来进行压测,但是有时候我们不想去下载工具,其实就可以借助 CountDownLatch 来实现。

/**
 * @author: 公众号:java金融
 */
public class TestCountDownLatch1 {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
               new Thread(() -> {
                    try {
                         //所有请求都阻塞在这,等待
                         countDownLatch.await();
                         // 调用测试接口
                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行……");
                    } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                    }
               }).start();
          }
          // 让请求都准备好
          Thread.sleep(2000);
          // 让所有请求统一请求
          countDownLatch.countDown();
     }
}

我们通过 CountDownLatch.await() ,让多个参与者线程启动后阻塞等待,然后在主线程 调用CountDownLatch.countdown() 将计数减为 0 ,让所有线程一起往下执行;以此实现了多个线程在同一时刻并发执行,来模拟并发请求的目的。

单个线程等待:多个线程(任务)完成后,进行汇总合并

/**
 * @author: 公众号:java金融
 */
public class TestCountDownLatch1 {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          int count = 3;
          CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);
          for (int i = 0; i < count; i++) {
               final int index = i;
               new Thread(() -> {
                    try {
                         Thread.sleep(1000 + ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000));
                         System.out.println("finish" + index + Thread.currentThread().getName());
                    } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                    }finally{
                        countDownLatch.countDown();
                    }
               }).start();
          }
          countDownLatch.await();// 主线程在阻塞,当计数器==0,就唤醒主线程往下执行。
          System.out.println("主线程:在所有任务运行完成后,进行结果汇总");
     }
}

这种场景应该是用的最多了,比如我们打开一个电商的个人中心页面,我们需要调用,用户信息接口、用户订单接口、用户会员信息等接口,然后合并后一起给到前端,假设每个接口最长耗时为 1s ,如果我们同步调用的话最大耗时时间是3s,如果我们采用异步调用然后合并结果,所以最大的耗时时间是 3s 。每个接口调用返回数据后调用 countDown 方法,让计数器进行减1,当把计数器减为0时的这个线程会去唤醒主线程,让它继续往下走。

CountDownLatch 实现原理

CountDownLatch 是通过 AQS 的 state 字段来实现的一个计数器,计数器的初始值( state的值)为 new CountDownLatch 设置的数量,每次调用 countDown 的时候,state的值会进行减1,最后某个线程将state值减为0时,会把调用了 await() 进行阻塞等待的线程进行唤醒。 CountDownLatch 重写了 tryReleaseShared 这个方法,只有当 state 这个字段被设置为0时,也就是 tryReleaseShared 返回 true 的情况就会执行 doReleaseShared 方法,把调用了await的线程进行唤醒。

  public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
 protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // Decrement count; signal when transition to zero
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                int nextc = c-1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    return nextc == 0;
            }
        }

CountDownLatch 的其他源码就不进行分析了

总结

  • CountDownLatch 不能重新初始化或者修改 CountDownLatch 内部计数器的值。

  • CountDownLatch
    Semaphore
    AQS
    
  • CountDownLatch
    join()
    join
    
  • CountDownLatch
    n
    countDown
    
  • join () 的实现原理是不停检查join线程是否存活,如果 join 线程存活则让当前线程永远等待。所以两者之间相对来说还是CountDownLatch使用起来较为灵活。


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