JUC-CountDown | Yu's Blog

CountDown

基本使用

CountDownLatch：计数器，用来进行线程同步协作，等待所有线程完成，让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作才被唤醒

构造器：

public CountDownLatch(int count)：初始化唤醒需要的 down 几步

常用API：

public void await()：让当前线程等待，必须 down 完初始化的数字才可以被唤醒，否则进入无限等待
public void countDown()：计数器进行减 1（down 1）
public void await(3, TimeUnit.SECONDS)：限时等待

应用：同步等待多个 Rest 远程调用结束

// LOL 10人进入游戏倒计时
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
    String[] all = new String[10];
    Random random = new Random();

    for (int j = 0; j < 10; j++) {
        int finalJ = j;//常量
        service.submit(() -> {
            for (int i = 0; i <= 100; i++) {
                Thread.sleep(random.nextInt(100));	//随机休眠
                all[finalJ] = i + "%";
                System.out.print("\r" + Arrays.toString(all));	// \r代表覆盖
            }
            latch.countDown();
        });
    }
    latch.await();
    System.out.println("\n游戏开始");
    service.shutdown();
}
/*
[100%, 100%, 100%, 100%, 100%, 100%, 100%, 100%, 100%, 100%]
游戏开始

面试

面试官：看你简历上有写熟悉并发编程，CountDownLatch一定用过吧，跟我说说它！

我：CountDownLatch是JDK提供的一个同步工具，它可以让一个或多个线程等待，一直等到其他线程中执行完成一组操作。

面试官：CountDownLatch有哪些常用的方法？

我：有countDown方法和await方法，CountDownLatch在初始化时，需要指定用给定一个整数作为计数器。当调用countDown方法时，计数器会被减1；当调用await方法时，如果计数器大于0时，线程会被阻塞，一直到计数器被countDown方法减到0时，线程才会继续执行。计数器是无法重置的，当计数器被减到0时，调用await方法都会直接返回。

面试官：调用countDown方法时，线程也会阻塞嘛？

我：不会的，调用countDown的线程可以继续执行，不需要等待计数器被减到0，只是调用await方法的线程需要等待。

面试官：CountDownLatch的实现原理是什么？

我：CountDownLatch有一个内部类叫做Sync，它继承了AbstractQueuedSynchronizer类，其中维护了一个整数state，并且保证了修改state的可见性和原子性。

创建CountDownLatch实例时，也会创建一个Sync的实例，同时把计数器的值传给Sync实例，具体是这样的：

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

在 countDown方法中，只调用了Sync实例的releaseShared方法，具体是这样的：

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

其中的releaseShared方法，先对计数器进行减1操作，如果减1后的计数器为0，唤醒被await方法阻塞的所有线程，具体是这样的:

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) { //对计数器进行减一操作
        doReleaseShared();//如果计数器为0，唤醒被await方法阻塞的所有线程
        return true;
    }
    return false;
}

其中的tryReleaseShared方法，先获取当前计数器的值，如果计数器为0时，就直接返回；如果不为0时，使用CAS方法对计数器进行减1操作，具体是这样的：

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {//死循环，如果CAS操作失败就会不断继续尝试。
        int c = getState();//获取当前计数器的值。
        if (c == 0)// 计数器为0时，就直接返回。
            return false;
        int nextc = c-1;
        if (compareAndSetState(c, nextc))// 使用CAS方法对计数器进行减1操作
            return nextc == 0;//如果操作成功，返回计数器是否为0
    }
}

在await方法中，只调用了Sync实例的acquireSharedInterruptibly方法，具体是这样的：

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

其中acquireSharedInterruptibly方法，判断计数器是否为0，如果不为0则阻塞当前线程，具体是这样的：

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)//判断计数器是否为0
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);//如果不为0则阻塞当前线程
}

其中tryAcquireShared方法，是AbstractQueuedSynchronizer中的一个模板方法，其具体实现在Sync类中，其主要是判断计数器是否为零，如果为零则返回1，如果不为零则返回-1，具体是这样的：

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