1. 简介
在上篇中我们介绍了SyclicBarrier类的使用，通过SyclicBarrier我们可以完成一些分批执行汇总的任务，而此次介绍的CountDownLatch则是实现类似“倒计时”的功能。
2. Api分析
CountDownLatch源码很简洁，它提供两个典型的方法来实现“倒计时功能”。CountDownLatch在构造方法中指定门闩锁latch的个数，当latch的个数为0的时候则唤醒所有等待状态下的线程。
- countDown()：通过调用countDown方法实现门闩锁-1的效果。
- await()：让当前线程进入等待。
- getCount()：获取门闩锁的个数。
下面我们通过一个示例代码来看一下：
public class MyTest {
static CountDownLatch countDownLatch;
public static void main(String[]args){
countDownLatch = new CountDownLatch(3);
for(int i=0;i<3;i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--到达车门");
countDownLatch.countDown();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--已登车");
}
}).start();
}
try {
countDownLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--登车完毕");
}
}
在示例代码中，通过构造函数创建一个指定latch个数为3的CountDownLatch的方法，同时创建了三个线程，在每个线程的内部分别调用一次countDown()方法，最后在主线程中调用await方法进行等待阻塞，最后完成输出。
执行结果：
Thread-2--到达车门
Thread-2--已登车
Thread-0--到达车门
Thread-0--已登车
Thread-1--到达车门
main--登车完毕
Thread-1--已登车
从上面可以得知CountDownLatch以下特点：
- 线程中执行countDown方法后能继续执行后续代码，线程不会阻塞等待；
- latch个数为0的时候会立即唤醒await等待的线程；
3. CountDownLatch源码解析
结合上面对CountDownLatch功能的描述，假如让我们实现一个这样的功能，我们首先想到的思路应该是在工具类中维持一个Count计数变量，然后维持对该变量的判断。那么我们来看看CountDownLatch是怎么实现的。
public class CountDownLatch {
/**
* Synchronization control For CountDownLatch.
* Uses AQS state to represent count.
*/
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
Sync(int count) {
setState(count);
}
int getCount() {
return getState();
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
private final Sync sync;
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
/**
* 让当前线程进行等待，直到锁个数为0或者当前线程interrupt
* 如果当前锁latch个数为0，则立即返回
*/
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
/**
* 减少latch锁，当latch锁个数为0的时候释放所有等待线程。
*/
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
public String toString() {
return super.toString() + "[Count = " + sync.getCount() + "]";
}
}
首先从构造方法来看，CountDownLatch提供了有参构造函数：
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
这里的Sync类是CountDownLatch内部集成AQS实现的一个内部类。
Sync(int count) {
setState(count);
}
在Sync的构造函数中，调用的是AQS的setState方法修改state值，将state值修改为count值。
通过上面的介绍，对于CountDownLatch类来说，使用最多的就是countDown和await方法。
countDown()方法
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
/**AQS类中定义的该方法*/
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
在countDown方法内部是调用Sync的releaseShared方法，尝试释放公共锁状态。
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
采用自旋的方式，获取当前state值，如果state值为0就返回false，即释放失败。反之则state-1，通过CAS操作成功，返回nextc == 0；当最后通过咨询的方式返回true的时候（state ==0），则执行releaseShared方法中的doReleaseShared()方法，在doReleaseShared()方法内部通过unparkSuccessor()方法唤醒阻塞的线程开始执行。
await()方法
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
/***AQS中的方法*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
这里调用acquireSharedInterruptibly()方法申请锁，如果锁被占有state！=0，则通过doAcquireSharedInterruptibly()进行锁申请。
4. CountDownLatch的使用场景
- 确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行。
- 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已启动后才启动。
- 等待知道某个操作的所有者都就绪在继续执行。
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