拓展併發編程思維，一個使用CountDownLatch的程序Demo

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CountDownLatch是JDK提供的一個同步工具，它可以讓一個或多個線程等待，一直等到其他線程中執行完成一組操作。CountDown方法和Await方法，CountDownLatch在初始化時，需要指定用給定一個整數作爲計數器。當調用CountDown方法時，計數器會被減1；當調用Await方法時，如果計數器大於0時，線程會被阻塞，一直到計數器被CountDown方法減到0時，線程纔會繼續執行。計數器是無法重置的，當計數器被減到0時，調用Await方法都會直接返回。

使用CountDownLatch模擬如下場景：

張三、李四和王五幾個人約好去飯店一起去吃飯，這幾個人都是比較紳士，要等到所有人都到齊以後才讓服務員上菜。這種場景就可以用到CountDownLatch。

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Customer implements Runnable {
    private CountDownLatch latch;
    private String name;

    public Customer(CountDownLatch latch, String name) {
        this.latch = latch;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS");
            Random random = new Random();

            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + name + "出發去飯店");
            Thread.sleep((long) (random.nextDouble() * 3000) + 1000);
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + name + "到了飯店");
            latch.countDown();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Waitress implements Runnable {
    private CountDownLatch latch;
    private String name;

    public Waitress(CountDownLatch latch, String name) {
        this.latch = latch;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS");
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + name  + "等待顧客");
            latch.await();
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + name  + "開始上菜");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchTester {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

        List<Thread> threads = new ArrayList<>(3);
        threads.add(new Thread(new Customer(latch, "張三")));
        threads.add(new Thread(new Customer(latch, "李四")));
        threads.add(new Thread(new Customer(latch, "王五")));
        for (Thread thread : threads) {
            thread.start();
        }

        Thread.sleep(100);
        new Thread(new Waitress(latch, "♥小芳♥")).start();
    }
}

運行結果

15:25:53.015 王五出發去飯店
15:25:53.015 李四出發去飯店
15:25:53.015 張三出發去飯店
15:25:53.062 ♥小芳♥等待顧客
15:25:54.341 張三到了飯店
15:25:54.358 李四到了飯店
15:25:56.784 王五到了飯店
15:25:56.784 ♥小芳♥開始上菜

Await方法的另一個重載，傳入等待的超時時間，比如服務員只等3秒鐘，可以把服務員類中的:

latch.await();

改成：

latch.await(3, TimeUnit.SECONDS);

CountDownLatch的實現原理

CountDownLatch有一個內部類叫做Sync，它繼承了AbstractQueuedSynchronizer類，其中維護了一個整數state，並且保證了修改state的可見性和原子性。

創建CountDownLatch實例時，也會創建一個Sync的實例，同時把計數器的值傳給Sync實例，具體是這樣的： 

 

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

在CountDown方法中，只調用了Sync實例的ReleaseShared方法，具體是這樣的：

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

其中的ReleaseShared方法，先對計數器進行減1操作，如果減1後的計數器爲0，喚醒被Await方法阻塞的所有線程，具體是這樣的：

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) { //對計數器進行減一操作
        doReleaseShared();//如果計數器爲0，喚醒被await方法阻塞的所有線程
        return true;
    }
    return false;
}

其中的TryReleaseShared方法，先獲取當前計數器的值，如果計數器爲0時，就直接返回；如果不爲0時，使用CAS方法對計數器進行減1操作，具體是這樣的：

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {//死循環，如果CAS操作失敗就會不斷繼續嘗試。
        int c = getState();//獲取當前計數器的值。
        if (c == 0)// 計數器爲0時，就直接返回。
            return false;
        int nextc = c-1;
        if (compareAndSetState(c, nextc))// 使用CAS方法對計數器進行減1操作
            return nextc == 0;//如果操作成功，返回計數器是否爲0
    }
}

在Await方法中，只調用了Sync實例的AcquireSharedInterruptibly方法，具體是這樣的：

public void await() throws InterruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

其中AcquireSharedInterruptibly方法，判斷計數器是否爲0，如果不爲0則阻塞當前線程，具體是這樣的：

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)//判斷計數器是否爲0
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);//如果不爲0則阻塞當前線程
}

其中TryAcquireShared方法，是AbstractQueuedSynchronizer中的一個模板方法，其具體實現在Sync類中，其主要是判斷計數器是否爲零，如果爲零則返回1，如果不爲零則返回-1，具體是這樣的：

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}