Java并發(fā)之CountDownLatch源碼的示例分析-創(chuàng)新互聯(lián)

這篇文章主要介紹Java并發(fā)之CountDownLatch源碼的示例分析，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

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CountDownLatch(閉鎖)是一個(gè)很有用的工具類，利用它我們可以攔截一個(gè)或多個(gè)線程使其在某個(gè)條件成熟后再執(zhí)行。它的內(nèi)部提供了一個(gè)計(jì)數(shù)器，在構(gòu)造閉鎖時(shí)必須指定計(jì)數(shù)器的初始值，且計(jì)數(shù)器的初始值必須大于0。另外它還提供了一個(gè)countDown方法來(lái)操作計(jì)數(shù)器的值，每調(diào)用一次countDown方法計(jì)數(shù)器都會(huì)減1，直到計(jì)數(shù)器的值減為0時(shí)就代表?xiàng)l件已成熟，所有因調(diào)用await方法而阻塞的線程都會(huì)被喚醒。這就是CountDownLatch的內(nèi)部機(jī)制，看起來(lái)很簡(jiǎn)單，無(wú)非就是阻塞一部分線程讓其在達(dá)到某個(gè)條件之后再執(zhí)行。但是CountDownLatch的應(yīng)用場(chǎng)景卻比較廣泛，只要你腦洞夠大利用它就可以玩出各種花樣。最常見(jiàn)的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是開(kāi)啟多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行某個(gè)任務(wù)，等到所有任務(wù)都執(zhí)行完再統(tǒng)計(jì)匯總結(jié)果。下圖動(dòng)態(tài)演示了閉鎖阻塞線程的整個(gè)過(guò)程。

上圖演示了有5個(gè)線程因調(diào)用await方法而被阻塞，它們需要等待計(jì)數(shù)器的值減為0才能繼續(xù)執(zhí)行。計(jì)數(shù)器的初始值在構(gòu)造閉鎖時(shí)被指定，后面隨著每次countDown方法的調(diào)用而減1。下面代碼貼出了CountDownLatch的構(gòu)造方法。

//構(gòu)造器
public CountDownLatch(int count) {
   if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
   this.sync = new Sync(count);
 }

CountDownLatch只有一個(gè)帶參構(gòu)造器，必須傳入一個(gè)大于0的值作為計(jì)數(shù)器初始值，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)?？梢钥吹皆跇?gòu)造方法中只是去new了一個(gè)Sync對(duì)象并賦值給成員變量sync。和其他同步工具類一樣，CountDownLatch的實(shí)現(xiàn)依賴于AQS，它是AQS共享模式下的一個(gè)應(yīng)用。CountDownLatch實(shí)現(xiàn)了一個(gè)內(nèi)部類Sync并用它去繼承AQS，這樣就能使用AQS提供的大部分方法了。下面我們就來(lái)看一下Sync內(nèi)部類的代碼。

//同步器
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

  //構(gòu)造器
  Sync(int count) {
    setState(count);
  }

  //獲取當(dāng)前同步狀態(tài)
  int getCount() {
    return getState();
  }

  //嘗試獲取鎖
  //返回負(fù)數(shù)：表示當(dāng)前線程獲取失敗
  //返回零值：表示當(dāng)前線程獲取成功, 但是后繼線程不能再獲取了
  //返回正數(shù)：表示當(dāng)前線程獲取成功, 并且后繼線程同樣可以獲取成功
  protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    return (getState() == 0) ? 1 : -1;
  }

  //嘗試釋放鎖
  protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {
      //獲取同步狀態(tài)
      int c = getState();
      //如果同步狀態(tài)為0, 則不能再釋放了
      if (c == 0) {
        return false;
      }
      //否則的話就將同步狀態(tài)減1
      int nextc = c-1;
      //使用CAS方式更新同步狀態(tài)
      if (compareAndSetState(c, nextc)) {
        return nextc == 0;
      }
    }
  }
}

可以看到Sync的構(gòu)造方法會(huì)將同步狀態(tài)的值設(shè)置為傳入的參數(shù)值。之后每次調(diào)用countDown方法都會(huì)將同步狀態(tài)的值減1，這也就是計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)原理。在平時(shí)使用CountDownLatch工具類時(shí)最常用的兩個(gè)方法就是await方法和countDown方法。調(diào)用await方法會(huì)阻塞當(dāng)前線程直到計(jì)數(shù)器為0，調(diào)用countDown方法會(huì)將計(jì)數(shù)器的值減1直到減為0。下面我們來(lái)看一下await方法是怎樣調(diào)用的。

//導(dǎo)致當(dāng)前線程等待, 直到門閂減少到0, 或者線程被打斷
public void await() throws InterruptedException {
  //以響應(yīng)線程中斷方式獲取
  sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

//以可中斷模式獲取鎖(共享模式)
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
  //首先判斷線程是否中斷, 如果是則拋出異常
  if (Thread.interrupted()) {
    throw new InterruptedException();
  }
  //1.嘗試去獲取鎖
  if (tryAcquireShared(arg) < 0) {
    //2. 如果獲取失敗則進(jìn)人該方法
    doAcquireSharedInterruptibly(arg);
  }
}

當(dāng)線程調(diào)用await方法時(shí)其實(shí)是調(diào)用到了AQS的acquireSharedInterruptibly方法，該方法是以響應(yīng)線程中斷的方式來(lái)獲取鎖的，上面同樣貼出了該方法的代碼。我們可以看到在acquireSharedInterruptibly方法首先會(huì)去調(diào)用tryAcquireShared方法嘗試獲取鎖。我們看到Sync里面重寫的tryAcquireShared方法的邏輯，方法的實(shí)現(xiàn)邏輯很簡(jiǎn)單，就是判斷當(dāng)前同步狀態(tài)是否為0，如果為0則返回1表明可以獲取鎖，否則返回-1表示不能獲取鎖。如果tryAcquireShared方法返回1則線程能夠不必等待而繼續(xù)執(zhí)行，如果返回-1那么后續(xù)就會(huì)去調(diào)用doAcquireSharedInterruptibly方法讓線程進(jìn)入到同步隊(duì)列里面等待。這就是調(diào)用await方法會(huì)阻塞當(dāng)前線程的原理，下面看看countDown方法是怎樣將阻塞的線程喚醒的。

//減少門閂的方法
public void countDown() {
  sync.releaseShared(1);
}

//釋放鎖的操作(共享模式)
public final boolean releaseShared(int arg) {
  //1.嘗試去釋放鎖
  if (tryReleaseShared(arg)) {
    //2.如果釋放成功就喚醒其他線程
    doReleaseShared();
    return true;
  }
  return false;
}

可以看到countDown方法里面調(diào)用了releaseShared方法，該方法同樣是AQS里面的方法，我們?cè)谏厦嬉操N出了它的代碼。releaseShared方法里面首先是調(diào)用tryReleaseShared方法嘗試釋放鎖，tryReleaseShared方法在AQS里面是一個(gè)抽象方法，它的具體實(shí)現(xiàn)邏輯在子類Sync類里面，我們?cè)谏厦尜N出的Sync類代碼里可以找到該方法。tryReleaseShared方法如果返回true表示釋放成功，返回false表示釋放失敗，只有當(dāng)將同步狀態(tài)減1后該同步狀態(tài)恰好為0時(shí)才會(huì)返回true，其他情況都是返回false。那么當(dāng)tryReleaseShared返回true之后就會(huì)馬上調(diào)用doReleaseShared方法去喚醒同步隊(duì)列的所有線程。這樣就解釋了為什么最后一次調(diào)用countDown方法將計(jì)數(shù)器減為0后就會(huì)喚醒所有被阻塞的線程。CountDownLatch基本的原理大致就是這些，下面我們看一個(gè)它的使用示例。

應(yīng)用場(chǎng)景：在玩歡樂(lè)斗地主時(shí)必須等待三個(gè)玩家都到齊才可以進(jìn)行發(fā)牌。

public class Player extends Thread {
  
  private static int count = 1;
  private final int id = count++;
  private CountDownLatch latch;
  
  public Player(CountDownLatch latch) {
    this.latch = latch;
  }

  @Override
  public void run() {
    System.out.println("【玩家" + id + "】已入場(chǎng)");
    latch.countDown();
  }
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
    System.out.println("牌局開(kāi)始, 等待玩家入場(chǎng)...");
    new Player(latch).start();
    new Player(latch).start();
    new Player(latch).start();
    latch.await();
    System.out.println("玩家已到齊, 開(kāi)始發(fā)牌...");
  }
  
}

運(yùn)行結(jié)果顯示發(fā)牌操作一定是在所有玩家都入場(chǎng)后才進(jìn)行。我們將23行的latch.await()注釋掉，對(duì)比下看看結(jié)果。

可以看到在注釋掉latch.await()這行之后，就不能保證在所有玩家入場(chǎng)后才開(kāi)始發(fā)牌了。

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