如何掌握CountDownLatch用法和源碼

這篇文章主要介紹“如何掌握CountDownLatch用法和源碼”，在日常操作中，相信很多人在如何掌握CountDownLatch用法和源碼問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”如何掌握CountDownLatch用法和源碼”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

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認(rèn)識(shí) CountDownLatch

CountDownLatch  能夠使一個(gè)線程在等待另外一些線程完成各自工作之后，再繼續(xù)執(zhí)行。它相當(dāng)于是一個(gè)計(jì)數(shù)器，這個(gè)計(jì)數(shù)器的初始值就是線程的數(shù)量，每當(dāng)一個(gè)任務(wù)完成后，計(jì)數(shù)器的值就會(huì)減一，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為  0 時(shí)，表示所有的線程都已經(jīng)任務(wù)了，然后在 CountDownLatch 上等待的線程就可以恢復(fù)執(zhí)行接下來(lái)的任務(wù)。

CountDownLatch 的使用

CountDownLatch 提供了一個(gè)構(gòu)造方法，你必須指定其初始值，還指定了 countDown  方法，這個(gè)方法的作用主要用來(lái)減小計(jì)數(shù)器的值，當(dāng)計(jì)數(shù)器變?yōu)?0 時(shí)，在 CountDownLatch 上 await  的線程就會(huì)被喚醒，繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)然也可以延遲喚醒，給 CountDownLatch 加一個(gè)延遲時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)。

如何掌握CountDownLatch用法和源碼

其主要方法如下

如何掌握CountDownLatch用法和源碼

CountDownLatch 主要有下面這幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景

CountDownLatch 應(yīng)用場(chǎng)景

典型的應(yīng)用場(chǎng)景就是當(dāng)一個(gè)服務(wù)啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)會(huì)加載很多組件和服務(wù)，這時(shí)候主線程會(huì)等待組件和服務(wù)的加載。當(dāng)所有的組件和服務(wù)都加載完畢后，主線程和其他線程在一起完成某個(gè)任務(wù)。

CountDownLatch 還可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生一起比賽跑步的程序，CountDownLatch  初始化為學(xué)生數(shù)量的線程，鳴槍后，每個(gè)學(xué)生就是一條線程，來(lái)完成各自的任務(wù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)學(xué)生跑完全程后，CountDownLatch  就會(huì)減一，直到所有的學(xué)生完成后，CountDownLatch 會(huì)變?yōu)?0 ，接下來(lái)再一起宣布跑步成績(jī)。

順著這個(gè)場(chǎng)景，你自己就可以延伸、拓展出來(lái)很多其他任務(wù)場(chǎng)景。

CountDownLatch 用法

下面我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器來(lái)演示一下 CountDownLatch 的用法

public class TCountDownLatch {      public static void main(String[] args) {         CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);         Increment increment = new Increment(latch);         Decrement decrement = new Decrement(latch);          new Thread(increment).start();         new Thread(decrement).start();          try {             Thread.sleep(6000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     } }  class Decrement implements Runnable {      CountDownLatch countDownLatch;      public Decrement(CountDownLatch countDownLatch){         this.countDownLatch = countDownLatch;     }      @Override     public void run() {         try {              for(long i = countDownLatch.getCount();i > 0;i--){                 Thread.sleep(1000);                 System.out.println("countdown");                 this.countDownLatch.countDown();             }          } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     } }   class Increment implements Runnable {      CountDownLatch countDownLatch;      public Increment(CountDownLatch countDownLatch){         this.countDownLatch = countDownLatch;     }      @Override     public void run() {         try {             System.out.println("await");             countDownLatch.await();         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         System.out.println("Waiter Released");     } }

在 main 方法中我們初始化了一個(gè)計(jì)數(shù)器為 5 的 CountDownLatch，在 Decrement 方法中我們使用 countDown  執(zhí)行減一操作，然后睡眠一段時(shí)間，同時(shí)在 Increment 類中進(jìn)行等待，直到 Decrement 中的線程完成計(jì)數(shù)減一的操作后，喚醒 Increment  類中的 run 方法，使其繼續(xù)執(zhí)行。

下面我們?cè)賮?lái)通過學(xué)生賽跑這個(gè)例子來(lái)演示一下 CountDownLatch 的具體用法

public class StudentRunRace {      CountDownLatch stopLatch = new CountDownLatch(1);     CountDownLatch runLatch = new CountDownLatch(10);      public void waitSignal() throws Exception{         System.out.println("選手" + Thread.currentThread().getName() + "正在等待裁判發(fā)布口令");         stopLatch.await();         System.out.println("選手" + Thread.currentThread().getName() + "已接受裁判口令");         Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));         System.out.println("選手" + Thread.currentThread().getName() + "到達(dá)終點(diǎn)");         runLatch.countDown();     }      public void waitStop() throws Exception{         Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));         System.out.println("裁判"+Thread.currentThread().getName()+"即將發(fā)布口令");         stopLatch.countDown();         System.out.println("裁判"+Thread.currentThread().getName()+"已發(fā)送口令，正在等待所有選手到達(dá)終點(diǎn)");         runLatch.await();         System.out.println("所有選手都到達(dá)終點(diǎn)");         System.out.println("裁判"+Thread.currentThread().getName()+"匯總成績(jī)排名");     }      public static void main(String[] args) {         ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();         StudentRunRace studentRunRace = new StudentRunRace();         for (int i = 0; i < 10; i++) {             Runnable runnable = () -> {                 try {                     studentRunRace.waitSignal();                 } catch (Exception e) {                     e.printStackTrace();                 }             };             service.execute(runnable);         }         try {             studentRunRace.waitStop();         } catch (Exception e) {             e.printStackTrace();         }         service.shutdown();     } }

下面我們就來(lái)一起分析一下 CountDownLatch 的源碼

CountDownLatch 源碼分析

CountDownLatch 使用起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是卻非常有用，現(xiàn)在你可以在你的工具箱中加上 CountDownLatch  這個(gè)工具類了。下面我們就來(lái)深入認(rèn)識(shí)一下 CountDownLatch。

CountDownLatch 的底層是由 AbstractQueuedSynchronizer 支持，而 AQS 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心就是兩個(gè)隊(duì)列，一個(gè)是  同步隊(duì)列(sync queue)，一個(gè)是條件隊(duì)列(condition queue)。

Sync 內(nèi)部類

CountDownLatch 在其內(nèi)部是一個(gè) Sync ，它繼承了 AQS 抽象類。

private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {...}

CountDownLatch 其實(shí)其內(nèi)部只有一個(gè) sync 屬性，并且是 final 的

private final Sync sync;

CountDownLatch 只有一個(gè)帶參數(shù)的構(gòu)造方法

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

也就是說(shuō)，初始化的時(shí)候必須指定計(jì)數(shù)器的數(shù)量，如果數(shù)量為負(fù)會(huì)直接拋出異常。

然后把 count 初始化為 Sync 內(nèi)部的 count，也就是

Sync(int count) {   setState(count); }

注意這里有一個(gè) setState(count)，這是什么意思呢?見聞知意這只是一個(gè)設(shè)置狀態(tài)的操作，但是實(shí)際上不單單是，還有一層意思是 state  的值代表著待達(dá)到條件的線程數(shù)。這個(gè)我們?cè)诹?countDown 方法的時(shí)候再討論。

getCount() 方法的返回值是 getState() 方法，它是 AbstractQueuedSynchronizer  中的方法，這個(gè)方法會(huì)返回當(dāng)前線程計(jì)數(shù)，具有 volatile 讀取的內(nèi)存語(yǔ)義。

// ---- CountDownLatch ----  int getCount() {   return getState(); }  // ---- AbstractQueuedSynchronizer ----  protected final int getState() {   return state; }

tryAcquireShared() 方法用于獲取&middot;共享狀態(tài)下對(duì)象的狀態(tài)，判斷對(duì)象是否為 0 ，如果為 0 返回 1 ，表示能夠嘗試獲取，如果不為  0，那么返回 -1，表示無(wú)法獲取。

protected int tryAcquireShared(int acquires) {   return (getState() == 0) ? 1 : -1; }  // ----  getState() 方法和上面的方法相同 ----

這個(gè) 共享狀態(tài) 屬于 AQS 中的概念，在 AQS 中分為兩種模式，一種是 獨(dú)占模式，一種是 共享模式。

  • tryAcquire 獨(dú)占模式，嘗試獲取資源，成功則返回 true，失敗則返回 false。

  • tryAcquireShared 共享方式，嘗試獲取資源。負(fù)數(shù)表示失敗;0 表示成功，但沒有剩余可用資源;正數(shù)表示成功，且有剩余資源。

tryReleaseShared() 方法用于共享模式下的釋放

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {   // 減小數(shù)量，變?yōu)?nbsp;0 的時(shí)候進(jìn)行通知。   for (;;) {     int c = getState();     if (c == 0)       return false;     int nextc = c-1;     if (compareAndSetState(c, nextc))       return nextc == 0;   } }

這個(gè)方法是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，獲取線程狀態(tài)，如果線程狀態(tài)是 0 則表示沒有被線程占有，沒有占有的話那么直接返回 false ，表示已經(jīng)釋放;然后下一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行  - 1 ，使用 compareAndSetState CAS 方法進(jìn)行和內(nèi)存值的比較，如果內(nèi)存值也是 1 的話，就會(huì)更新內(nèi)存值為 0 ，判斷 nextc 是否為  0 ，如果 CAS 比較不成功的話，會(huì)再次進(jìn)行循環(huán)判斷。

await 方法

await() 方法是 CountDownLatch 一個(gè)非常重要的方法，基本上可以說(shuō)只有 countDown 和 await 方法才是  CountDownLatch 的精髓所在，這個(gè)方法將會(huì)使當(dāng)前線程在 CountDownLatch 計(jì)數(shù)減至零之前一直等待，除非線程被中斷。

CountDownLatch 中的 await 方法有兩種，一種是不帶任何參數(shù)的 await()，一種是可以等待一段時(shí)間的await(long  timeout, TimeUnit unit)。下面我們先來(lái)看一下 await() 方法。

public void await() throws InterruptedException {   sync.acquireSharedInterruptibly(1); }

await 方法內(nèi)部會(huì)調(diào)用 acquireSharedInterruptibly 方法，這個(gè) acquireSharedInterruptibly 是  AQS 中的方法，以共享模式進(jìn)行中斷。

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)   throws InterruptedException {   if (Thread.interrupted())     throw new InterruptedException();   if (tryAcquireShared(arg) < 0)     doAcquireSharedInterruptibly(arg); }

可以看到，acquireSharedInterruptibly  方法的內(nèi)部會(huì)首先判斷線程是否中斷，如果線程中斷，則直接拋出線程中斷異常。如果沒有中斷，那么會(huì)以共享的方式獲取。如果能夠在共享的方式下不能獲取鎖，那么就會(huì)以共享的方式斷開鏈接。

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)   throws InterruptedException {   final Node node = addWaiter(Node.SHARED);   boolean failed = true;   try {     for (;;) {       final Node p = node.predecessor();       if (p == head) {         int r = tryAcquireShared(arg);         if (r >= 0) {           setHeadAndPropagate(node, r);           p.next = null; // help GC           failed = false;           return;         }       }       if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&           parkAndCheckInterrupt())         throw new InterruptedException();     }   } finally {     if (failed)       cancelAcquire(node);   } }

這個(gè)方法有些長(zhǎng)，我們分開來(lái)看

  • 首先，會(huì)先構(gòu)造一個(gè)共享模式的 Node 入隊(duì)

  • 然后使用無(wú)限循環(huán)判斷新構(gòu)造 node 的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，如果 node 節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn)，那么就會(huì)判斷線程的狀態(tài)，這里調(diào)用了一個(gè)  setHeadAndPropagate ,其源碼如下

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {   Node h = head;    setHead(node);   if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||       (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {     Node s = node.next;     if (s == null || s.isShared())       doReleaseShared();   } }

首先會(huì)設(shè)置頭節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行一系列的判斷，獲取節(jié)點(diǎn)的獲取節(jié)點(diǎn)的后繼，以共享模式進(jìn)行釋放，就會(huì)調(diào)用 doReleaseShared 方法，我們?cè)賮?lái)看一下  doReleaseShared 方法

private void doReleaseShared() {    for (;;) {     Node h = head;     if (h != null && h != tail) {       int ws = h.waitStatus;       if (ws == Node.SIGNAL) {         if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))           continue;            // loop to recheck cases         unparkSuccessor(h);       }       else if (ws == 0 &&                !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))         continue;                // loop on failed CAS     }     if (h == head)                   // loop if head changed       break;   } }

這個(gè)方法會(huì)以無(wú)限循環(huán)的方式首先判斷頭節(jié)點(diǎn)是否等于尾節(jié)點(diǎn)，如果頭節(jié)點(diǎn)等于尾節(jié)點(diǎn)的話，就會(huì)直接退出。如果頭節(jié)點(diǎn)不等于尾節(jié)點(diǎn)，會(huì)判斷狀態(tài)是否為  SIGNAL，不是的話就繼續(xù)循環(huán) compareAndSetWaitStatus，然后斷開后繼節(jié)點(diǎn)。如果狀態(tài)不是 SIGNAL，也會(huì)調(diào)用  compareAndSetWaitStatus 設(shè)置狀態(tài)為 PROPAGATE，狀態(tài)為 0 并且不成功，就會(huì)繼續(xù)循環(huán)。

也就是說(shuō) setHeadAndPropagate 就是設(shè)置頭節(jié)點(diǎn)并且釋放后繼節(jié)點(diǎn)的一系列過程。

  • 我們來(lái)看下面的 if 判斷，也就是 shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) 這里

if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&     parkAndCheckInterrupt())   throw new InterruptedException();

如果上面 Node p = node.predecessor() 獲取前驅(qū)節(jié)點(diǎn)不是頭節(jié)點(diǎn)，就會(huì)進(jìn)行 park  斷開操作，判斷此時(shí)是否能夠斷開，判斷的標(biāo)準(zhǔn)如下

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {   int ws = pred.waitStatus;   if (ws == Node.SIGNAL)     return true;   if (ws > 0) {     do {       node.prev = pred = pred.prev;     } while (pred.waitStatus > 0);     pred.next = node;   } else {     compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);   }   return false; }

這個(gè)方法會(huì)判斷 Node p 的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)狀態(tài)(waitStatus)，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)一共有五種，分別是

  1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術(shù)社區(qū)

  2. CANCELLED(1)：表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)已取消調(diào)度。當(dāng)超時(shí)或被中斷(響應(yīng)中斷的情況下)，會(huì)觸發(fā)變更為此狀態(tài)，進(jìn)入該狀態(tài)后的結(jié)點(diǎn)將不會(huì)再變化。

  3. SIGNAL(-1)：表示后繼結(jié)點(diǎn)在等待當(dāng)前結(jié)點(diǎn)喚醒。后繼結(jié)點(diǎn)入隊(duì)時(shí)，會(huì)將前繼結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)更新為 SIGNAL。

  4. CONDITION(-2)：表示結(jié)點(diǎn)等待在 Condition 上，當(dāng)其他線程調(diào)用了 Condition 的 signal()  方法后，CONDITION狀態(tài)的結(jié)點(diǎn)將從等待隊(duì)列轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中，等待獲取同步鎖。

  5. PROPAGATE(-3)：共享模式下，前繼結(jié)點(diǎn)不僅會(huì)喚醒其后繼結(jié)點(diǎn)，同時(shí)也可能會(huì)喚醒后繼的后繼結(jié)點(diǎn)。

  6. 0：新結(jié)點(diǎn)入隊(duì)時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)。

如果前驅(qū)節(jié)點(diǎn)是 SIGNAL 就會(huì)返回 true 表示可以斷開，如果前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)大于 0 (此時(shí)為什么不用 ws == Node.CANCELLED )  呢?因?yàn)?ws 大于 0 的條件只有 CANCELLED 狀態(tài)了。然后就是一系列的查找遍歷操作直到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的 waitStatus > 0。如果 ws  <= 0 ，而且還不是 SIGNAL 狀態(tài)的話，就會(huì)使用 CAS 替換前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的 ws 為 SIGNAL 狀態(tài)。

如果檢查判斷是中斷狀態(tài)的話，就會(huì)返回 false。

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {   LockSupport.park(this);   return Thread.interrupted(); }

這個(gè)方法使用 LockSupport.park 斷開連接，然后返回線程是否中斷的標(biāo)志。

  • cancelAcquire()  用于取消等待隊(duì)列，如果等待過程中沒有成功獲取資源(如timeout，或者可中斷的情況下被中斷了)，那么取消結(jié)點(diǎn)在隊(duì)列中的等待。

private void cancelAcquire(Node node) {   if (node == null)     return;    node.thread = null;    Node pred = node.prev;   while (pred.waitStatus > 0)     node.prev = pred = pred.prev;    Node predNext = pred.next;    node.waitStatus = Node.CANCELLED;    if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {     compareAndSetNext(pred, predNext, null);   } else {     int ws;     if (pred != head &&         ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||          (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&         pred.thread != null) {       Node next = node.next;       if (next != null && next.waitStatus <= 0)         compareAndSetNext(pred, predNext, next);     } else {       unparkSuccessor(node);     }     node.next = node; // help GC   } }

所以，對(duì) CountDownLatch 的 await 調(diào)用大致會(huì)有如下的調(diào)用過程。

如何掌握CountDownLatch用法和源碼

一個(gè)和 await 重載的方法是 await(long timeout, TimeUnit unit)，這個(gè)方法和 await  最主要的區(qū)別就是這個(gè)方法能夠可以等待計(jì)數(shù)器一段時(shí)間再執(zhí)行后續(xù)操作。

countDown 方法

countDown 是和 await 同等重要的方法，countDown 用于減少計(jì)數(shù)器的數(shù)量，如果計(jì)數(shù)減為 0 的話，就會(huì)釋放所有的線程。

public void countDown() {   sync.releaseShared(1); }

這個(gè)方法會(huì)調(diào)用 releaseShared 方法，此方法用于共享模式下的釋放操作，首先會(huì)判斷是否能夠進(jìn)行釋放，判斷的方法就是 CountDownLatch  內(nèi)部類 Sync 的 tryReleaseShared 方法

public final boolean releaseShared(int arg) {   if (tryReleaseShared(arg)) {     doReleaseShared();     return true;   }   return false; }  // ---- CountDownLatch ----  protected boolean tryReleaseShared(int releases) {   for (;;) {     int c = getState();     if (c == 0)       return false;     int nextc = c-1;     if (compareAndSetState(c, nextc))       return nextc == 0;   } }

tryReleaseShared 會(huì)進(jìn)行 for 循環(huán)判斷線程狀態(tài)值，使用 CAS 不斷嘗試進(jìn)行替換。

如果能夠釋放，就會(huì)調(diào)用 doReleaseShared 方法

private void doReleaseShared() {   for (;;) {     Node h = head;     if (h != null && h != tail) {       int ws = h.waitStatus;       if (ws == Node.SIGNAL) {         if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))           continue;            // loop to recheck cases         unparkSuccessor(h);       }       else if (ws == 0 &&                !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))         continue;                // loop on failed CAS     }     if (h == head)                   // loop if head changed       break;   } }

可以看到，doReleaseShared 其實(shí)也是一個(gè)無(wú)限循環(huán)不斷使用 CAS 嘗試替換的操作。

到此，關(guān)于“如何掌握CountDownLatch用法和源碼”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！

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