CountDownLatch 的作用、应用场景和实战

CyclicBarrier 的作用、应用场景和实战
Semaphore 的作用、应用场景和实战

CountDownLatch 概述

CountDownLatch一般用作多线程倒计时计数器，强制它们等待其他一组（CountDownLatch的初始化决定）任务执行完成。

CountDownLatch 这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动 所有的框架服务之后再执行。

CountDownLatch 是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为初始任务 的数量。每当完成了一个任务后，计数器的值就会减 1 （CountDownLatch.countDown()方法）。当计数器值到达 0 时，它表示所有的已 经完成了任务，然后在闭锁上等待 CountDownLatch.await()方法的线程就可以恢 复执行任务。

使用原理

1. 创建 CountDownLatch 并设置计数器值。
2. 启动多线程并且调用 CountDownLatch 实例的 countDown() 方法。
3. 主线程调用 await()方法，这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务，count 值为 0，停止阻塞，主线程继续执行。

CountDownLatch 用法

CountDownLatch 类位于 java.util.concurrent 包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用 CountDownLatch 来实现这种功能了。

CountDownLatch 类只提供了一个构造器：

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

下面这3个方法是 CountDownLatch 类中最重要的方法：

 // 调用 await() 方法的线程会被挂起，它会等待直到 count 值为 0 才继续执行
public void await() throws InterruptedException { };  
// 和 await() 类似，若等待 timeout 时长后，count 值还是没有变为 0，不再等待，继续执行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  
// 会将 count 减 1，直至为 0
public void countDown() { }; 

CountDownLatch 使用场景

实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。 例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为 1 的 CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用一次 countDown() 方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。

开始执行前等待 n 个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有 N 个外部系统已经启动和运行了，例如处理 excel 中多个表单。

同时启动多个线程代码实现：

public class UseCountDownLatch {

    static class TaskThread extends Thread {
        CountDownLatch latch;

        public TaskThread(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            try {
                latch.await();
                System.out.println(getName() + " start " + System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadNum = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

        for(int i = 0; i < threadNum; i++) {
            TaskThread task = new TaskThread(latch);
            task.start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        latch.countDown();
    }
}

代码解释：

• 设置 CountDownLatch 等待线程数为 1
• 开启 10 个线程，每个线程都会调用 CountDownLatch 的 await() 方法，这样每个线程都会被阻塞
• 主线程休眠 1 秒后，调用 CountDownLatch 的 countDown() 方法，调用后就会唤醒所有等待的线程，所有等待的线程就会同时执行

打印结果：

Thread-1 start 1618219648120
Thread-6 start 1618219648120
Thread-5 start 1618219648120
Thread-8 start 1618219648120
Thread-9 start 1618219648120
Thread-7 start 1618219648120
Thread-4 start 1618219648120
Thread-3 start 1618219648120
Thread-0 start 1618219648120
Thread-2 start 1618219648120

基本使用

需求

现在实现主线程等待其他线程的任务完成之后，才继续执行的代码。

代码实现：

public class UseCountDownLatch {

    static class TaskThread extends Thread {
        CountDownLatch latch;

        public TaskThread(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println(getName() + " Task is Done");
                latch.countDown();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadNum = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadNum);
        for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
            TaskThread taskThread = new TaskThread(latch);
            taskThread.start();
        }
        System.out.println("Task Start!");

        latch.await();

        System.out.println("All Task is Done!");
    }
}

代码解释：

• 设置 CountDownLatch 的等待线程数为 10
• 开启 10 个线程，每个线程都会睡眠 1 秒，睡眠结束后就会调用 CountDownLatch 的 countDown() 方法
• 主线程调用 CountDownLatch 的 await() 方法，所以会开始阻塞，直到 CountDownLatch 的 count 为 0 才继续执行

打印结果

Task Start!
Thread-5 Task is Done
Thread-8 Task is Done
Thread-4 Task is Done
Thread-3 Task is Done
Thread-9 Task is Done
Thread-6 Task is Done
Thread-0 Task is Done
Thread-7 Task is Done
Thread-1 Task is Done
Thread-2 Task is Done
All Task is Done!