詳解java中的同步工具類CountDownLatch

這篇文章主要講解java中一個比較常用的同步工具類CountDownLatch，不管是在工作還是面試中都比較常見。我們將通過案例來進行講解分析。

一、定義

CountDownLatch的作用很簡單，就是一個或者一組線程在開始執行操作之前，必須要等到其他線程執行完才可以。我們舉一個例子來說明，在考試的時候，老師必須要等到所有人交了試卷才可以走。此時老師就相當於等待線程，而學生就好比是執行的線程。

注意：java中還有一個同步工具類叫做CyclicBarrier，他的作用和CountDownLatch類似。同樣是等待其他線程都完成了，才可以進行下一步操作，我們再舉一個例子，在打王者的時候，在開局前所有人都必須要加載到100%才可以進入。否則所有玩家都相互等待。

我們看一下區別：CountDownLatch: 一個線程(或者多個)， 等待另外N個線程完成某個事情之後才能執行。 CyclicBarrier : N個線程相互等待，任何一個線程完成之前，所有的線程都必須等待。關鍵點其實就在於那N個線程（1）CountDownLatch裡面N個線程就是學生，學生做完了試卷就可以走了，不用等待其他的學生是否完成（2）CyclicBarrier 裡面N個線程就是所有的遊戲玩家，一個遊戲玩家加載到100%還不可以，必須要等到其他的遊戲玩家都加載到100%才可以開局

現在應該理解CountDownLatch的含義了吧，下面我們使用一個代碼案例來解釋。

二、使用

我們使用學生考試的案例來進行演示：

在上面，我們定義了一個CountDownLatch，並設置其值為2。有兩個學生使用兩個線程來表示，然後依次執行。最後老師線程（main線程）在學生線程都執行完了才可以執行。我們來運行一邊看看結果。

現在我們應該能體會到其用法了吧。在上面我們的等待線程時老師（main線程）。

下面我們對這個countDownLatch分析一下。為什麼具有上面的特點。

三、原理

在上面我們看到，CountDownLatch主要使用countDown方法進行減1操作，使用await方法進行等到操作。我們進入到源碼中看看。本源碼基於jdk1.8。特在此說明。

1、countDown原理

英語不好的人看起來真的是一臉懵逼，不過信號上面的英語還都是簡單的英語，大致意思是這樣的：CountDownLatch裡面保存了一個count值，通過減1操作，直到為0時候，等待線程才可以執行。而且通過源碼也可以看到這個countDown方法其實是通過sync調用releaseShared(1)來完成的。

OK。到了這一步我們可能會納悶，sync是個什麼鬼，releaseShared方法又是如何實現的。我們不妨接著看源碼，在CountDownLatch的開頭我們找到了答案，原來這個sync在這裡定義了。

在這裡我們發現繼承了AbstractQueuedSynchronizer（AQS）。AQS的其中一個作用就是維護線程狀態和獲取釋放鎖。在這裡也就是說CountDownLatch使用AQS機制維護鎖狀態。而releaseShared(1)方法就是釋放了一個共享鎖。

現在理解了吧，底層使用AQS機制調用releaseShared方法釋放一個鎖資源。那麼等待的方法是如何實現的呢？

2、await原理

這倆方法都是讓線程等待，第一個沒有實現限制，第二個有時間限制，我們一個一個來看。

（1）await()

await()底層主要是acquireSharedInterruptibly方法實現的，繼續跟進去看看。

這裡面有兩個if語句，首先第一個判斷是否被中斷，如果被中斷了，那就拋出中斷異常。然後判斷當前是否還有線程未執行，如果有那就，那就執行doAcquireSharedInterruptibly方法繼續等待。

上面函數的意思已經在註釋裡面了，下面我們就來看看這個doAcquireSharedInterruptibly是如何實現的。

這塊的代碼比較長，不過大致意思我可以描述一下，他會用一個一個的節點將線程串起來 等達到條件後再一個一個的喚醒。核心就是第三行的addWaiter函數。我們可以再跟進去看看吧。

你會發現這裡面也使用了CAS機制。而且就是使用鏈表穿起來的。

（2） await(long timeout, TimeUnit unit)

這個方法的意思是等待指定的時間，如果還有線程沒執行完，那就接著執行。就好比考完試了，還有同學沒交試卷，此時因為到時間了。不管三七二十一也不管剩下的同學是否提交，直接就走了。其底層是通過Sync的tryAcquireSharedNanos方法實現的，我們接著進入到源碼中看看。

在這裡皮球又一次被踢走了，真正實現的其實就是doAcquireSharedNanos方法，tryAcquireShared方法主要是判斷是否當前滿足wait的條件。我們接著看。

​上面的代碼看似長，最核心的就是for循環裡面的，最主要的意思就是如果當前還有線程未執行而且過了超時時間，那就直接執行等待線程就好了，不再等了。也就是我在指定的時間內你沒執行完我等著你，要是超了這個時間點我就不管了。

對於CountDownLatch來說原理主要還是通過源碼來認識。不過CountDownLatch看起來雖然很好用，也有很多不足之處，比如說CountDownLatch是一次性的 , 計數器的值只能在構造方法中初始化一次 , 之後沒有任何機制再次對其設置值，當CountDownLatch使用完畢後 , 它不能再次被使用。

OK。對其介紹就先到這裡吧。