Java并发编程之闭锁

Posted 2020-07-05 温布利往事

1、什么是闭锁？

　　闭锁(latch)是一种Synchronizer(Synchronizer：是一个对象，它根据本身的状态调节线程的控制流。常见类型的Synchronizer包括信号量、关卡和闭锁)。

　　闭锁可以延迟线程的进度直到线程线程到达终止状态。一个闭锁工作起来就像是一道大门：直到闭锁达到终点状态之前，门一直是关闭的，没有线程能够通过，在终点状态到来的时候，所有线程都可以通过。

2、应用场景

　　闭锁可以用来确保特定活动直到其他的活动都完成后才开始发生，比如：

1. 确保一个计算不会执行，直到它所需要的资源被初始化
2. 确保一个服务不会开始，直到它依赖的其他服务都已经开始
3. 等待，直到活动的所有部分都为继续处理做好充分准备
4. 死锁检测，可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁

3、闭锁的实现

　　CountDownLatch是一个同步辅助类，存在于java.util.concurrent包下，灵活的实现了闭锁，它允许一个或多个线程等待一个事件集的发生。

　　CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数的值就会减1。当计数器值到达0时，它所表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

4、CountDownLatch原理

　　CountDownLatch构造函数：

CountDownLatch(int count);

　　构造器中计数值(count)就是闭锁需要等待的线程数量，这个值只能被设置一次。

　　CountDownLatch类的方法：

• void await()：使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断。
• boolean await(long timeout, TimeUnit unit)：使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。 
• void countDown()：递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程。
• long getCount()：返回当前计数。 
• String toString()：返回标识此锁存器及其状态的字符串。

　　与CountDownLatch第一次交互是主线程等待其它的线程，主线程必须在启动其它线程后立即调用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。

　　其他的N个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知CountDownLatch对象，他们已经完成了各自的任务，这种机制就是通过countDown()方法来完成的。每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1，所以当N个线程都调用了这个方法count的值等于0，然后主线程就能通过await方法，恢复自己的任务。

 5、CountDownLatch使用案例

　　下面介绍API中推荐的一种典型的用法。

　　首先给出两个类，其中一组worker线程使用了两个倒计数锁存器。

　　第一个类是一个启动信号，在driver为继续执行worker做好准备之前，它会阻止所有的worker继续执行。

　　第二个类是一个完成信号，它允许driver在完成所有的worker之前一直等待。

class Driver 
{ // ...
      private final static int N=10;
      public static  void main(String[] args) throws InterruptedException 
       {
         CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
         CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);

         for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
           new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();

         doSomethingElse();            // don\'t let run yet
         startSignal.countDown();      // let all threads proceed
         doSomethingElse();
         doneSignal.await();           // wait for all to finish
       }
    private static void doSomethingElse()
    {
        //doSomethingElse;
    }
}

class Worker implements Runnable
{
    private final CountDownLatch startSignal;
    private final CountDownLatch doneSignal;

    Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal)
    {
        this.startSignal = startSignal;
        this.doneSignal = doneSignal;
    }
    public void run()
    {
        try
        {
            startSignal.await();
            doWork();
            doneSignal.countDown();
        } 
        catch (InterruptedException ex)
        {
        } // return;
    }
    void doWork()
    {
        // ...
    }
}

　　基于上面的模型，下面我实现了自己的应用场景：

public class CountDownLatchDemo
{
     final static SimpleDateFormat sdf=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException
    {
        CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);//开始工作
        CountDownLatch endLatch = new CountDownLatch(2);// 两个工人的协作
    
        Worker worker1 = new Worker("zhang san", 5000,startLatch, endLatch);
        Worker worker2 = new Worker("li si", 8000, startLatch,endLatch);
        
        worker1.start();//
        worker2.start();//

        startLatch.countDown(); //工作开始
        endLatch.await();// 等待所有工人完成工作
        System.out.println("all work done at " + sdf.format(new Date()));
    }
    
    static class Worker extends Thread
    {
        String workerName;
        int workTime;
        CountDownLatch startLatch;
        CountDownLatch endLatch;
        public Worker(String workerName, int workTime, CountDownLatch startLatch,CountDownLatch endLatch)
        {
            this.workerName = workerName;
            this.workTime = workTime;
            this.startLatch=startLatch;
            this.endLatch = endLatch;
        }
        public void run()
        {
            try
            {
                startLatch.await(); //等待开始工作时间
                System.out.println("Worker " + workerName + " do work begin at "+ sdf.format(new Date()));
                Thread.sleep(workTime);
            } 
            catch (InterruptedException e)
            {
                // TODO 自动生成的 catch 块
                e.printStackTrace();
            }
            finally
            {
                System.out.println("Worker " + workerName + " do work complete at " + sdf.format(new Date()));
                endLatch.countDown();// 工人完成工作，计数器减一
            }
        }
    }
}

　　执行的结果为：

　　

六、参考资料

　　1、http://www.importnew.com/15731.html

　　2、Java并发编程实践