线程同步工具CountDownLatch

Posted 2020-09-10

CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。

CountDownLatch类有3个基本元素：

1. 初始值决定CountDownLatch类需要等待的事件的数量。
2. await() 方法, 被等待全部事件终结的线程调用。
3. countDown() 方法，事件在结束执行后调用。

当创建 CountDownLatch 对象时，对象使用构造函数的参数来初始化内部计数器。每次调用 countDown() 方法, CountDownLatch 对象内部计数器减一。当内部计数器达到0时， CountDownLatch 对象唤醒全部使用 await() 方法睡眠的线程们。

不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一旦计数器的值初始后，唯一可以修改它的方法就是之前用的 countDown() 方法。当计数器到达0时， 全部调用 await() 方法会立刻返回，接下来任何countDown() 方法的调用都将不会造成任何影响。

此方法与其他同步方法有这些不同：

CountDownLatch 机制不是用来保护共享资源或者临界区。它是用来同步一个或者多个执行多个任务的线程。它只能使用一次。像之前解说的，一旦CountDownLatch的计数器到达0，任何对它的方法的调用都是无效的。如果你想再次同步，你必须创建新的对象。

CountDownLatch 类有另一种版本的 await() 方法，它是：

await(long time, TimeUnit unit): 此方法会休眠直到被中断； CountDownLatch 内部计数器到达0或者特定的时间过去了就会唤醒线程。TimeUnit 类包含了:DAYS, HOURS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, MINUTES, NANOSECONDS, 和 SECONDS。

通过一个百米赛跑的例子加以说明：

package cn.darrenchan.bigdata.zklock;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CountDownLatchTest {
    // 模拟了100米赛跑，10名选手已经准备就绪，只等裁判一声令下。当所有人都到达终点时，比赛结束。
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 开始的倒数锁 
        final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);  

        // 结束的倒数锁 
        final CountDownLatch end = new CountDownLatch(10);  

        // 十名选手 
        final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);  

        for (int index = 0; index < 10; index++) {
            final int NO = index + 1;  
            Runnable run = new Runnable() {
                public void run() {  
                    try {  
                        // 如果当前计数为零，则此方法立即返回。
                        // 等待
                        begin.await();  
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));  
                        System.out.println("No." + NO + " arrived");  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                    } finally {  
                        // 每个选手到达终点时，end就减一
                        end.countDown();
                    }  
                }  
            };  
            exec.submit(run);
        }  
        System.out.println("Game Start");  
        // begin减一，开始游戏
        begin.countDown();  
        // 等待end变为0，即所有选手到达终点
        end.await();  
        System.out.println("Game Over");  
        exec.shutdown();  
    }
}

运行效果：

Game Start
No.10 arrived
No.5 arrived
No.9 arrived
No.6 arrived
No.7 arrived
No.3 arrived
No.8 arrived
No.4 arrived
No.1 arrived
No.2 arrived
Game Over