本文主要是介绍Java并发—辅助类CountDownLatch，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

JUC中的同步器三个主要的成员：CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore。这三个是JUC中较为常用的同步器，通过它们可以方便地实现很多线程之间协作的功能。

一、概述

CountDownLatch是基于AQS实现，当构建count对象时，传入的值其实就会赋值给AQS的关键变量state，执行countDown()方法时，其实就是利用CAS将state-1，执行await方法时，其实就是判断state是否为0，不为0则加入到队列中，将该线程阻塞（除头节点），因为头节点会一直自旋等待state为0，当state为0时，头节点把剩余的队列中阻塞的节点一并唤醒。

二、实现原理

2.1 内部类

private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;

    /** 构造方法，接收count值，只有count减小为0时，线程才不会被await方法阻塞 */
    Sync(int count) {
        // CountDownLatch利用AQS的方式就是直接让count作为AQS的同步变量state
        // 所以直接用state记录count值
        setState(count);
    }

    /** 获取当前的count值 */
    int getCount() {
        return getState();
    }

    /** 
     * 这是AQS的模板方法acquireShared、acquireSharedInterruptibly等方法内部将会调用的方法，
     * 由子类实现，这个方法的作用是尝试获取一次共享锁，对于AQS来说，
     * 此方法返回值大于等于0，表示获取共享锁成功，反之则获取共享锁失败，
     * 而在这里，实际上就是判断count是否等于0，线程能否向下运行
     */
    protected int tryAcquireShared(int acquires) {
        // 此处判断state的值是否为0，也就是判断count是否为0，
        // 若count为0，返回1，表示获取锁成功，此时线程将不会阻塞，正常运行
        // 若count不为0，则返回-1，表示获取锁失败，线程将会被阻塞
        // 从这里我们已经可以看出CountDownLatch的实现方式了
        return (getState() == 0) ? 1 : -1;
    }

    /**
     * 此方法的作用是用来是否AQS的共享锁，返回true表示释放成功，反之则失败
     * 此方法将会在AQS的模板方法releaseShared中被调用，
     * 在CountDownLatch中，这个方法用来减小count值
     */
    protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
        // 使用死循环不断尝试释放锁
        for (;;) {
            // 首先获取当前state的值，也就是count值
            int c = getState();
            // 若count值已经等于0，则不能继续减小了，于是直接返回false
            // 为什么返回的是false，因为等于0表示之前等待的那些线程已经被唤醒了，
            // 若返回true，AQS会尝试唤醒线程，若返回false，则直接结束，所以
            // 在没有线程等待的情况下，返回false直接结束是正确的
            if (c == 0)
                return false;
            // 若count不等于0，则将其-1
            int nextc = c-1;
            // compareAndSetState的作用是将count值从c，修改为新的nextc
            // 此方法基于CAS实现，保证了操作的原子性
            if (compareAndSetState(c, nextc))
                // 若nextc == 0，则返回的是true，表示已经没有锁了，线程可以运行了，
                // 若nextc > 0，则表示线程还需要继续阻塞，此处将返回false
                return nextc == 0;
        }
    }
}

内部类Sync的实现非常简单，它只实现了AQS中的两个方法，即tryAcquireShared以及tryReleaseShared，这两个方法是AQS提供的使用共享锁的接口。这也就表明，CountDownLatch实际上是一种共享锁机制，即锁可以同时被多个线程获取，这个不难理解，因为一旦count被减小为0，则所有线程通过await方法时，都能够顺利通过，不会因为获取不到锁而阻塞。而且从上面的实现中我们可以看到，Sync直接将count值作为AQS的state的值，只有state的值为0，线程才能获取锁，也就是获得执行权限。

2.2 CountDownLatch的成员变量和构造方法

/**
 * 只有一个成员变量，就是内部类Sync的一个对象，通过此对象调用AQS的方法，实现线程阻塞和唤醒
 */
private final Sync sync;


/**
 * 只有一个构造方法，接收一个count值
 */
public CountDownLatch(int count) {
    // count值不能小于0
    if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
    // 直接创建一个Sync对象，并传入count值，Sync内部将会执行setState(count)
    this.sync = new Sync(count);
}

2.3 await

CountDownLatch类最最核心的两个方法就是await以及ountDown，我们先来看一看await方法的实现：

// 此方法用来让当前线程阻塞，直到count减小为0才恢复执行
public void await() throws InterruptedException {
    // 这里直接调用sync的acquireSharedInterruptibly方法，这个方法定义在AQS中
    // 方法的作用是尝试获取共享锁，若获取失败，则线程将会被加入到AQS的同步队列中等待
    // 直到获取成功为止。且这个方法是会响应中断的，线程在阻塞的过程中，若被其他线程中断，
    // 则此方法会通过抛出异常的方式结束等待。
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

await的实现异常简单，只有短短一行代码，调用了AQS中已经封装好的方法。这就是AQS的好处，AQS已经实现了线程的阻塞和唤醒机制，将实现的复杂性隐藏，而其他类只需要简单的使用它即可。为了方便理解，我们还是来看看acquireSharedInterruptibly方法吧：

/** 此方法是AQS中提供的一个模板方法，用以获取共享锁，并且会响应中断 */
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
    throws InterruptedException {
    // 首先判断当前线程释放被中断，若被中断，则直接抛出异常结束
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    
    // 调用tryAcquireShared方法尝试获取锁，这个方法被Sycn类重写了，
    // 若count == 0，则这个方法会返回1，表示获取锁成功，则这里会直接返回，线程不会被阻塞
    // 若count < 0，将会执行下面的doAcquireSharedInterruptibly方法，
    // 此处请去查看Sync中tryAcquireShared方法的实现
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        // 下面这个方法的作用是，线程获取锁失败，将会加入到AQS的同步队列中阻塞等待，
        // 直到成功获取到锁，而此处成功获取到锁的条件就是count == 0，若当前线程在等待的过程中，
        // 成功地获取了锁，则它会继续唤醒在它后面等待的线程，也尝试获取锁，
        // 这也就是说，只要count == 0了，则所有被阻塞的线程都能恢复运行
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

可以看出CountDownLatch的实现完全就是依赖于AQS

2.4 countDown

/**
 * 此方法的作用就是将count的值-1，如果count等于0了，就唤醒等待的线程
 */
public void countDown() {
    // 这里直接调用sync的releaseShared方法，这个方法的实现在AQS中，也是AQS提供的模板方法，
    // 这个方法的作用是当前线程释放锁，若释放失败，返回false，若释放成功，则返回false，
    // 若锁被释放成功，则当前线程会唤醒AQS同步队列中第一个被阻塞的线程，让他尝试获取锁
    // 对于CountDownLatch来说，释放锁实际上就是让count - 1，只有当count被减小为0，
    // 锁才是真正被释放，线程才能继续向下运行
    sync.releaseShared(1);
}

AQS的releaseShared的方法实现

public final boolean releaseShared(int arg) {
    // 调用tryReleaseShared尝试释放锁，这个方法已经由Sycn重写，请回顾上面对此方法的分析
    // 若tryReleaseShared返回true，表示count经过这次释放后，等于0了，于是执行doReleaseShared
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        // 这个方法的作用是唤醒AQS的同步队列中，正在等待的第一个线程
        // 而我们分析acquireSharedInterruptibly方法时已经说过，
        // 若一个线程被唤醒，检测到count == 0，会继续唤醒下一个等待的线程
        // 也就是说，这个方法的作用是，在count == 0时，唤醒所有等待的线程
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

通过CountDownLatch的源码会发现，它的实现真的非常简单，除了重写AQS的两个方法外，其余的基本上就是调用AQS提供的模板方法而已。

三、应用场景

CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。

举个例子，有三个工人在为老板干活，这个老板有一个习惯，就是当三个工人把一天的活都干完了的时候，他就来检查所有工人所干的活。记住这个条件：三个工人先全部干完活，老板才检查。所以在这里用Java代码设计两个类，Worker代表工人，Boss代表老板，具体的代码实现如下：

import java.util.Random; 
import java.util.concurrent.CountDownLatch; 
import java.util.concurrent.TimeUnit; 
 
public class Worker implements Runnable{ 
   
  private CountDownLatch downLatch; 
  private String name; 
   
  public Worker(CountDownLatch downLatch, String name){ 
    this.downLatch = downLatch; 
    this.name = name; 
  } 
   
  public void run() { 
    this.doWork(); 
    try{ 
      TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10)); 
    }catch(InterruptedException ie){ 
    } 
    System.out.println(this.name + "活干完了！"); 
    this.downLatch.countDown(); 
     
  } 
   
  private void doWork(){ 
    System.out.println(this.name + "正在干活!"); 
  } 
   
}

import java.util.concurrent.CountDownLatch; 
 
public class Boss implements Runnable { 
 
  private CountDownLatch downLatch; 
   
  public Boss(CountDownLatch downLatch){ 
    this.downLatch = downLatch; 
  } 
   
  public void run() { 
    System.out.println("老板正在等所有的工人干完活......"); 
    try { 
      this.downLatch.await(); 
    } catch (InterruptedException e) { 
    } 
    System.out.println("工人活都干完了，老板开始检查了！"); 
  } 
 
}

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CountDownLatchDemo {

	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
		
		CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
		
		Worker w1 = new Worker(latch,"张三");
		Worker w2 = new Worker(latch,"李四");
		Worker w3 = new Worker(latch,"王二");
		
		Boss boss = new Boss(latch);
		
		executor.execute(w3);
		executor.execute(w2);
		executor.execute(w1);
		executor.execute(boss);
		
		executor.shutdown();
	}
}

当你运行CountDownLatchDemo这个对象的时候，你会发现是等所有的工人都干完了活，老板才来检查，下面是我本地机器上运行的一次结果，可以肯定的每次运行的结果可能与下面不一样，但老板检查永远是在后面的。

王二正在干活!
李四正在干活!
老板正在等所有的工人干完活......
张三正在干活!
张三活干完了！
王二活干完了！
李四活干完了！
工人活都干完了，老板开始检查了！

四、总结

CountDownLatch底层通过AQS实现，AQS的一般使用方式就是以内部类的形式继承它，CountDownLatch就是这么使用它的。在CountDownLatch内部有一个内部类Sync，继承自AQS，并重写了AQS加锁解锁的方法，通过Sync的对象，调用AQS的方法，阻塞线程的运行。创建一个CountDownLatch对象时，需要传入一个整数值count，只有当count被减小为0时线程才能通过await方法，否则将被await阻塞。这里实际上是这样的：当线程运行到await方法时，需要去获取锁（锁由AQS实现），若count不为0，则线程就会获取锁失败，被阻塞；若count为0，则就能顺利通过。CountDownLatch是一次性的，因为没有方法可以增加count的值，也就是说，一旦count被减小为0，则之后就一直是0了，也就再也不能阻塞线程了。

参考文章

• 循环屏障CyclicBarrier以及和CountDownLatch的区别
• 深入分析CountDownLatch的实现原理

这篇关于Java并发—辅助类CountDownLatch的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！