Java并发系列之CountDownLatch源码分析

countdownlatch(闭锁)是一个很有用的工具类，利用它我们可以拦截一个或多个线程使其在某个条件成熟后再执行。它的内部提供了一个计数器，在构造闭锁时必须指定计数器的初始值，且计数器的初始值必须大于0。另外它还提供了一个countdown方法来操作计数器的值，每调用一次countdown方法计数器都会减1，直到计数器的值减为0时就代表条件已成熟，所有因调用await方法而阻塞的线程都会被唤醒。这就是countdownlatch的内部机制，看起来很简单，无非就是阻塞一部分线程让其在达到某个条件之后再执行。但是countdownlatch的应用场景却比较广泛，只要你脑洞够大利用它就可以玩出各种花样。最常见的一个应用场景是开启多个线程同时执行某个任务，等到所有任务都执行完再统计汇总结果。下图动态演示了闭锁阻塞线程的整个过程。

上图演示了有5个线程因调用await方法而被阻塞，它们需要等待计数器的值减为0才能继续执行。计数器的初始值在构造闭锁时被指定，后面随着每次countdown方法的调用而减1。下面代码贴出了countdownlatch的构造方法。

//构造器
public countdownlatch(int count) {
   if (count < 0) throw new illegalargumentexception("count < 0");
   this.sync = new sync(count);
 }

countdownlatch只有一个带参构造器，必须传入一个大于0的值作为计数器初始值，否则会报错。可以看到在构造方法中只是去new了一个sync对象并赋值给成员变量sync。和其他同步工具类一样，countdownlatch的实现依赖于aqs，它是aqs共享模式下的一个应用。countdownlatch实现了一个内部类sync并用它去继承aqs，这样就能使用aqs提供的大部分方法了。下面我们就来看一下sync内部类的代码。

//同步器
private static final class sync extends abstractqueuedsynchronizer {

  //构造器
  sync(int count) {
    setstate(count);
  }

  //获取当前同步状态
  int getcount() {
    return getstate();
  }

  //尝试获取锁
  //返回负数：表示当前线程获取失败
  //返回零值：表示当前线程获取成功, 但是后继线程不能再获取了
  //返回正数：表示当前线程获取成功, 并且后继线程同样可以获取成功
  protected int tryacquireshared(int acquires) {
    return (getstate() == 0) ? 1 : -1;
  }

  //尝试释放锁
  protected boolean tryreleaseshared(int releases) {
    for (;;) {
      //获取同步状态
      int c = getstate();
      //如果同步状态为0, 则不能再释放了
      if (c == 0) {
        return false;
      }
      //否则的话就将同步状态减1
      int nextc = c-1;
      //使用cas方式更新同步状态
      if (compareandsetstate(c, nextc)) {
        return nextc == 0;
      }
    }
  }
}

可以看到sync的构造方法会将同步状态的值设置为传入的参数值。之后每次调用countdown方法都会将同步状态的值减1，这也就是计数器的实现原理。在平时使用countdownlatch工具类时最常用的两个方法就是await方法和countdown方法。调用await方法会阻塞当前线程直到计数器为0，调用countdown方法会将计数器的值减1直到减为0。下面我们来看一下await方法是怎样调用的。

//导致当前线程等待, 直到门闩减少到0, 或者线程被打断
public void await() throws interruptedexception {
  //以响应线程中断方式获取
  sync.acquiresharedinterruptibly(1);
}

//以可中断模式获取锁(共享模式)
public final void acquiresharedinterruptibly(int arg) throws interruptedexception {
  //首先判断线程是否中断, 如果是则抛出异常
  if (thread.interrupted()) {
    throw new interruptedexception();
  }
  //1.尝试去获取锁
  if (tryacquireshared(arg) < 0) {
    //2. 如果获取失败则进人该方法
    doacquiresharedinterruptibly(arg);
  }
}

当线程调用await方法时其实是调用到了aqs的acquiresharedinterruptibly方法，该方法是以响应线程中断的方式来获取锁的，上面同样贴出了该方法的代码。我们可以看到在acquiresharedinterruptibly方法首先会去调用tryacquireshared方法尝试获取锁。我们看到sync里面重写的tryacquireshared方法的逻辑，方法的实现逻辑很简单，就是判断当前同步状态是否为0，如果为0则返回1表明可以获取锁，否则返回-1表示不能获取锁。如果tryacquireshared方法返回1则线程能够不必等待而继续执行，如果返回-1那么后续就会去调用doacquiresharedinterruptibly方法让线程进入到同步队列里面等待。这就是调用await方法会阻塞当前线程的原理，下面看看countdown方法是怎样将阻塞的线程唤醒的。

//减少门闩的方法
public void countdown() {
  sync.releaseshared(1);
}

//释放锁的操作(共享模式)
public final boolean releaseshared(int arg) {
  //1.尝试去释放锁
  if (tryreleaseshared(arg)) {
    //2.如果释放成功就唤醒其他线程
    doreleaseshared();
    return true;
  }
  return false;
}

可以看到countdown方法里面调用了releaseshared方法，该方法同样是aqs里面的方法，我们在上面也贴出了它的代码。releaseshared方法里面首先是调用tryreleaseshared方法尝试释放锁，tryreleaseshared方法在aqs里面是一个抽象方法，它的具体实现逻辑在子类sync类里面，我们在上面贴出的sync类代码里可以找到该方法。tryreleaseshared方法如果返回true表示释放成功，返回false表示释放失败，只有当将同步状态减1后该同步状态恰好为0时才会返回true，其他情况都是返回false。那么当tryreleaseshared返回true之后就会马上调用doreleaseshared方法去唤醒同步队列的所有线程。这样就解释了为什么最后一次调用countdown方法将计数器减为0后就会唤醒所有被阻塞的线程。countdownlatch基本的原理大致就是这些，下面我们看一个它的使用示例。

应用场景：在玩欢乐斗地主时必须等待三个玩家都到齐才可以进行发牌。

public class player extends thread {
  
  private static int count = 1;
  private final int id = count++;
  private countdownlatch latch;
  
  public player(countdownlatch latch) {
    this.latch = latch;
  }

  @override
  public void run() {
    system.out.println("【玩家" + id + "】已入场");
    latch.countdown();
  }
  
  public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
    countdownlatch latch = new countdownlatch(3);
    system.out.println("牌局开始, 等待玩家入场...");
    new player(latch).start();
    new player(latch).start();
    new player(latch).start();
    latch.await();
    system.out.println("玩家已到齐, 开始发牌...");
  }
  
}

运行结果显示发牌操作一定是在所有玩家都入场后才进行。我们将23行的latch.await()注释掉，对比下看看结果。

可以看到在注释掉latch.await()这行之后，就不能保证在所有玩家入场后才开始发牌了。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。