Java并发编程原理与实战二十六：闭锁 CountDownLatch

Posted 2020-12-29 屌丝码农

关于闭锁 CountDownLatch 之前在网上看到过一篇举例非常形象的例子，但不记得是出自哪里了，所以这里就当自己再重新写一篇吧：

例子如下：

我们每天起早贪黑的上班，父母每天也要上班，有一天定了一个饭店，一家人一起吃个饭，通知大家下班去饭店集合。

假设：3个人在不同的地方上班，必须等到3个人到场才能吃饭，用程序如何实现呢？

方式一：

public class Test1
{
    /**
     * 模拟爸爸去饭店
     */
    public static void fatherToRes()
    {
        System.out.println("爸爸步行去饭店需要3小时。");
    }
 
    /**
     * 模拟我去饭店
     */
    public static void motherToRes()
    {
        System.out.println("妈妈挤公交去饭店需要2小时。");
    }
 
    /**
     * 模拟妈妈去饭店
     */
    public static void meToRes()
    {
        System.out.println("我乘地铁去饭店需要1小时。");
    }
 
    /**
     * 模拟一家人到齐了
     */
    public static void togetherToEat()
    {
        System.out.println("一家人到齐了，开始吃饭");
    }
 
    public static void main(String[] args)
    {
        fatherToRes();
        motherToRes();
        meToRes();
        togetherToEat();
    }
}

输出结果：

爸爸步行去饭店需要3小时。
妈妈挤公交去饭店需要2小时。
我乘地铁去饭店需要1小时。
一家人到齐了，开始吃饭

看似实现了，但是吃个饭，光汇合花了6个小时，第一个到的等了3个小时；话说回来，大家下班同时往饭店聚集，怎么也是个并行的过程，于是不用我说，大家肯定都行想到使用多线程，于是作为一名资深屌丝程序猿，开始改造我们的代码：

方式二：

public static void main(String[] args)
    {
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                fatherToRes();
            };
        }.start();
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                motherToRes();
            };
        }.start();
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                meToRes();
            };
        }.start();
        
        togetherToEat();
    }

直接启动了3个线程，但是运行结果貌似也不对：

一家人到齐了，开始吃饭
我乘地铁去饭店需要1小时。
妈妈挤公交去饭店需要2小时。
爸爸步行去饭店需要3小时

一个都没到，就开始吃饭了，，，（为了更好的显示，我在每个方法中休息了一段时间，模拟到达饭店的过程）。还是不行，那就继续完善：

方式三：

private static volatile int i = 3;
 
    public static void main(String[] args)
    {
 
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                fatherToRes();
                i--;
            };
        }.start();
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                motherToRes();
                i--;
            };
        }.start();
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                meToRes();
                i--;
            };
        }.start();
 
        while (i != 0);
        togetherToEat();
    }

我们定义了一个volatile修饰的int类型变量，初始值为3，当为0时代表一家人齐了，于是我们在主线程使用了一个忙等，一直等待所有人到达，这次效果看起来不错哦：

我乘地铁去饭店需要1小时。
妈妈挤公交去饭店需要2小时。
爸爸步行去饭店需要3小时。
一家人到齐了，开始吃饭

但是，忙等这样的代码对于CPU的消耗太巨大了，我们需要更好的实现方式。顺便说一下volatile，为什么我们用volatile修饰 i 呢， 因为当多个线程操作同一个变量时，为了保证变量修改对于其他线程的可见性，必须使用同步，volatile对于可见性的实现是个不错的选择，但是我们代码中的 i -- 也有可能因为并发造成一定的问题，毕竟i--不是原子操作，正常最好使用同步块或者AtomicLong.decrementAndGet()实现--。

说了这么多，标题上的CountLatchDown竟然没出现，所以最终版，必须让这哥们出来亮相了：

方式四：

private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
 
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                fatherToRes();
                latch.countDown();
            };
        }.start();
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                motherToRes();
                latch.countDown();
            };
        }.start();
        new Thread()
        {
            public void run()
            {
                meToRes();
                latch.countDown();
            };
        }.start();
 
        latch.await();
        togetherToEat();
    }

输出结果：

我乘地铁去饭店需要1小时。
妈妈挤公交去饭店需要2小时。
爸爸步行去饭店需要3小时。
一家人到齐了，开始吃饭

避免使用忙等，我们使用了CountDowmLatch 实现了我们的需求。下面具体介绍一下这个哥们：

Latch闭锁的意思，是一种同步的工具类。类似于一扇门：在闭锁到达结束状态之前，这扇门一直是关闭着的，不允许任何线程通过，当到达结束状态时，这扇门会打开并允许所有的线程通过。且当门打开了，就永远保持打开状态。

作用：可以用来确保某些活动直到其他活动都完成后才继续执行。

使用场景：

1、例如我们上例中所有人都到达饭店然后吃饭；

2、某个操作需要的资源初始化完毕

3、某个服务依赖的线程全部开启等等...

CountDowmLatch是一种灵活的闭锁实现，包含一个计数器，该计算器初始化为一个正数，表示需要等待事件的数量。countDown方法递减计数器，表示有一个事件发生，而await方法等待计数器到达0，表示所有需要等待的事情都已经完成。