Java CountDownLatch解析（下）

Posted 2020-08-09

• 写在前面的话

在上一篇CountDownLatch解析中，我们了解了CountDownLatch的简介、CountDownLatch实用场景、CountDownLatch实现原理中的await()方法，

接下来我们接着来了解它的countDown()方法以及它的示例和优缺点。

• CountDownLatch实现原理

二、CountDownLatch.countDown() 

　　关于同步队列那点事

当部分线程调用await()方法后，它们在同步队列中被挂起，然后自省的检查自己能否满足醒来的条件(还记得那个条件吗？1、state为0，2、该节点为头节点)，

如果满足它将被移除头节点，并将下一个节点设置为头节点。具体如下图：

这个Node是AbstractQueuedSynchronizer(下文简称AQS)中的静态内部类，其中它又有两个属性：

volatile Node prev;

volatile Node next;

volatile的prev指向上一个node节点，volatile的next指向下一个node节点。当然如果是头节点，那么它的prev为null，同理尾节点的next为null。

private transient volatile Node head;

private transient volatile Node tail;

head和tail是AQS中的属性，它们用来表示同步队列的头节点和尾节点。(有兴趣的同学可以引申看一下 transident 这个关于序列化关键字，这里不展开啦=_=)

了解了同步队列后，接着我们开始线程调用countDown()方法后，到底发生了什么事？这儿咱们可以想象一下，可能计数值会减去1，而且还会判断state是不是等于0，

如果不等于0，这个线程就继续往下走了；如果等于0，那么它可能还需要去叫醒这群挂起的线程。

到底是不是这样呢，别方，跟着笔者一起继续来扒源码。

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

当调用CountDownLatch.countDown()后，它转而调用了Sync这个内部类实例的releaseShared()方法。

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;     //退出该方法
    }
    return false;        //退出该方法
}

在Sync类中并没有releaseShared()方法，所以应该是继承与AQS，咱们看到AQS这个方法中，退出该方法的只有两条路。tryReleaseShared(arg)条件为真执行一个doReleaseShared()退出；条件为假直接退出。

类比我们的猜测，这个条件很有可能就是state是否为0的判断。。。接着来看。

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {//死循环
        int c = getState();// 获取主存中的state值
        if (c == 0) //state已经为0 直接退出
            return false;
        int nextc = c-1; // 减一 准备cas更新该值
        if (compareAndSetState(c, nextc)) //cas更新
            return nextc == 0; //更新成功 判断是否为0 退出；更新失败则继续for循环，直到线程并发更新成功
    }
}

看到这儿四不四灵光从脑子喷涌而出啦。我们的猜测是正确的！

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {//又是一个死循环
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {//如果当前节点是SIGNAL意味着，它正在等待一个信号,或者说它在等待被唤醒，因此做两件事，1是重置waitStatus标志位，2是重置成功后,唤醒下一个节点。
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                    continue;            
                unparkSuccessor(h);
            }else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))//如果本身头节点的waitStatus是出于重置状态（waitStatus==0）的，将其设置为“传播”状态。意味着需要将状态向后一个节点传播。
                continue;                
        }
        if (h == head)                   
            break;
    }
}

同学们(敲黑板...)，我们为啥要执行这个方法呀，因为state已经为0啦，我们该将同步队列中的线程状态设置为共享状态(Node.PROPAGATE，默认状态ws == 0)，并向后传播，实现状态共享。

这就是为啥方法名有个shared，因为这个共享状态需要传播下去，而不是一个节点（线程）独占。看看这个死循环，退出的路只有一条，那就是h==head，即该线程是头节点，且状态为共享状态。

 这里再啰嗦一句，可能读者会问，state已经等于0了，我们也通过循环的方式把头节点的状态设置为共享状态，但是它怎么醒过来的呢？既然这样，那我们再看一次上一篇中的代码

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);// 往同步队列中添加节点
    boolean failed = true;
    try {
        for (;;) {// 一个死循环 跳出循环只有下面两个途径
            final Node p = node.predecessor();// 当前线程的前一个节点
            if (p == head) {// 如果是首节点
                int r = tryAcquireShared(arg);// 这个是不是似曾相识 见上面
                if (r >= 0) {
                    setHeadAndPropagate(node, r);// 处理后续节点
                    p.next = null; // help GC 这个可以借鉴
                    failed = false;
                    return;// 计数值为0 并且为头节点 跳出循环
                }
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                throw new InterruptedException();// 响应打断 跳出循环
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);// 如果是打断退出的 则移除同步队列节点
    }
}

这个就是在同步队列中挂起的线程，它们自旋的形式查看自己是否满足条件醒来（state==0，且为头节点），如果成立将调用setHeadAndPropagate这个方法

 private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
     Node h = head; // Record old head for check below
     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();
    }
}

这个方法是将当前节点的下一个节点设置为头节点，且它也调用了doReleaseShared这个方法，我们刚才也说了，这个方法就是将头节点设置为共享状态的，由此，共享状态传播下去。

至此，CountDownLatch实现原理中的countDown()方法剖析结束。

• CountDownLatch示例

废话不多说，直接上代码：

package com.test.demo;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/** 
* @Title: TestCountDownLatch.java
* @Describe:
* @author: Mr.Yanphet 
* @Email: [email protected]
* @date: 2016年9月18日 上午11:22:42  
* @version: 1.0 
*/
public class TestCountDownLatch {
    
    private static final int taskNum = 5;
    
    static class MyRunnable implements Runnable {
        
        private int num;
        
        private CountDownLatch cdl;
        
        public MyRunnable(int num, CountDownLatch cdl){
            this.num = num;
            this.cdl = cdl;
        }
        
        public void run() {
            System.out.println("第" + num + "个线程开始执行任务...");
            try {
                Thread.sleep(5 * 1000); // 模拟任务耗时
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("第" + num + "个线程任务执行结束...");
            cdl.countDown();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(taskNum);
        for (int i = 1; i <= taskNum; i++) {
            MyRunnable mr = new MyRunnable(i, cdl);
            Thread t = new Thread(mr);
            t.start();
        }
        System.out.println("等待其他线程完成任务才继续执行...");
        try {
            cdl.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("其他线程完成任务,主线程开始执行...");
        System.out.println("主线程任务完成，整个任务进度完成...");
    }

}

执行结果如下：

第4个线程开始执行任务...
第5个线程开始执行任务...
第3个线程开始执行任务...
第2个线程开始执行任务...
第1个线程开始执行任务...
等待其他线程完成任务才继续执行...
第4个线程任务执行结束...
第2个线程任务执行结束...
第1个线程任务执行结束...
第3个线程任务执行结束...
第5个线程任务执行结束...
其他线程完成任务,主线程开始执行...
主线程任务完成，整个任务进度完成...

主线程等待5个子线程执行完任务，才继续往下执行自己的任务。

• CountDownLatch的优缺点

优点：

CountDownLatch的优点毋庸置疑，对使用者而言，你只需要传入一个int型变量控制任务数量即可，至于同步队列的出队入队维护，state变量值的维护对使用者都是透明的，使用方便。

缺点：

CountDownLatch设置了state后就不能更改，也不能循环使用。

以上就是关于CountDownLatch学习的全部内容。因为笔者也是菜鸟，所以站在菜鸟的角度分析源码，难免重复啰嗦。如有任何问题，希望大家指正。谢谢~~~