Java并发工具CountDownLatch的使用和原理

1.等待多线程完成的 CountDownLatch

　　CountDownLatch 允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
　　假如有这样一个需求：我们需要解析一个 Excel 里多个 sheet 的数据，此时可以考虑使用多线程，每个线程解析一个 sheet 里的数据，等到所有的 sheet 都解析完之后，程序需要提示解析完成。在这个需求中，要实现主线程等待所有线程完成 sheet 的解析操作，最简单的做法是使用 join()方法，如代码清单 1-1 所示。
代码清单1-1 CountDownLatchUseCase.java

1. public class CountDownLatchUseCase {
2.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
3.         Thread threadA = new Thread(()->{
4.             System.out.println("parser1 finish");
5.         },"threadA");
7.         Thread threadB = new Thread(()->{
8.             System.out.println("parser2 finish");
9.         },"threadB");
11.         // 任务A B 开始执行
12.         threadA.start();
13.         threadB.start();
15.         // 等待AB 完成任务
16.         threadA.join();
17.         threadB.join();
18.     }
19. }

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　　join 用于让当前执行线程等待 join 线程执行结束。其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。其中，wait（0）表示永远等待下去，代码片段如下。
    java.lang.Thread#join(long)

1. // 同步方法
2. public final synchronized void join(long millis)
3. throws InterruptedException {
4.         long base = System.currentTimeMillis();
5.         long now = 0;
7.         if (millis < 0) {
8.                 throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
9.         }
10.         if (millis == 0) {
11.         // isAlive()方法返回一个boolean值，如果线程已经启动且尚未终止，则返回true；否则，返回false。此次的while循环为了防止被阻塞的线程被意外唤醒，走出这段循环代表线程任务已经执行完毕，线程已经终止。
12.                 while (isAlive()) {
13.             // 线程进入等待状态
14.                         wait(0);
15.                 }
16.         } else {
17.         // 使用join(long millis)参数不为0走这部分逻辑，如果线程没有即时被唤醒，超时时间过后自己进入RUNNABLE状态。
18.                 while (isAlive()) {
19.                         long delay = millis - now;
20.                         if (delay <= 0) {
21.                                 break;
22.                         }
23.                         wait(delay);
24.                         now = System.currentTimeMillis() - base;
25.                 }
26.         }
27. }

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　　CountDownLatch 的构造函数接收一个 int 类型的参数作为计数器，如果你想等待 N个点完成，这里就传入 N。当我们调用 CountDownLatch 的 countDown 方法时，N 就会减 1，CountDownLatch 的 await 方法会阻塞当前线程，直到 N 变成零。由于 countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的 N 个点，可以是 N 个线程，也可以是 1 个线程里的 N 个执行步骤。用在多个线程时，只需要把这个 CountDownLatch 的引用传递到线程里即可。
　　如果有某个解析 sheet 的线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可以使用另外一个带指定时间的 await 方法——await（long time，TimeUnit unit），这个方法等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。join 也有类似的方法。

计数器必须大于等于 0，只是等于 0 时候，计数器就是零，调用 await 方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch 不可能重新初始化或者修改 CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用 countDown 方法 happen-before，另外一个线程调用 await 方法。

2.CountDownLatch原理解析

2.1 构造方法 public CountDownLatch(int count)

初始化好AQS同步状态为state

1. public class CountDownLatchUseCase {
2.     private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
3.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
4.         Thread threadA = new Thread(()->{
5.             System.out.println("parser1 finish");
6.             countDownLatch.countDown();
7.         },"threadA");
9.         Thread threadB = new Thread(()->{
10.             System.out.println("parser2 finish");
11.             countDownLatch.countDown();
12.         },"threadB");
13.         threadA.start();
14.         threadB.start();
15.         // 等待任务完成
16.         countDownLatch.await();
17.     }
18. }

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2.2 方法public void countDown()

1. // 1.方法 CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
2. # java.util.concurrent.CountDownLatch#CountDownLatch
3. // 使用构造方法将AQS的同步状态位初始为count
4. public CountDownLatch(int count) {
5.         if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
6.         this.sync = new Sync(count);
7. }
9. Sync(int count) {
10.         setState(count);
11. }

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3.总结

　　CountDownLatch使用主要围绕CountDownLatch.countDown()方法和CountDownLatch.await()方法，使用时先通过CountDownLatch的构造方法设置共享同步变量state的大小，然后让其他“工作”线程完成工作任务时调用countDown方法将state-1，让“等待”线程调用await()方法等待“工作”线程完成任务，当某个“工作”线程完成最后一个任务，并且将state更新为0时，这个“工作”线程会去唤醒同步队列中的第一个“等待”线程，首个“等待”线程被唤醒会“通知”其他“等待”线程，然后他们从await()方法方法，继续执行。

参考 《Java并发编程的艺术》

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