Java concurrency之CountDownLatch原理和示例_动力节点Java学院整理

CountDownLatch简介

CountDownLatch是一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待。

CountDownLatch和CyclicBarrier的区别

(01) CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行;而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。

(02) CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用,因此它被称为是循环的barrier。

关于CyclicBarrier的原理,后面一章再来学习。

CountDownLatch函数列表

CountDownLatch(int count)

构造一个用给定计数初始化的 CountDownLatch。

// 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。
void await()
// 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待,除非线程被中断或超出了指定的等待时间。
boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
// 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。
void countDown()
// 返回当前计数。
long getCount()
// 返回标识此锁存器及其状态的字符串。
String toString()

CountDownLatch数据结构

CountDownLatch的UML类图如下:

CountDownLatch的数据结构很简单,它是通过"共享锁"实现的。它包含了sync对象,sync是Sync类型。Sync是实例类,它继承于AQS。

1. CountDownLatch(int count)

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

说明:该函数是创建一个Sync对象,而Sync是继承于AQS类。Sync构造函数如下:

Sync(int count) {
  setState(count);
} 

setState()在AQS中实现,源码如下:

protected final void setState(long newState) {
  state = newState;
}

说明:在AQS中,state是一个private volatile long类型的对象。对于CountDownLatch而言,state表示的”锁计数器“。CountDownLatch中的getCount()最终是调用AQS中的getState(),返回的state对象,即”锁计数器“。

2. await()

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

说明:该函数实际上是调用的AQS的acquireSharedInterruptibly(1);

AQS中的acquireSharedInterruptibly()的源码如下:

public final void acquireSharedInterruptibly(long arg)
    throws InterruptedException {
  if (Thread.interrupted())
    throw new InterruptedException();
  if (tryAcquireShared(arg) < 0)
    doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

说明:acquireSharedInterruptibly()的作用是获取共享锁。

如果当前线程是中断状态,则抛出异常InterruptedException。否则,调用tryAcquireShared(arg)尝试获取共享锁;尝试成功则返回,否则就调用doAcquireSharedInterruptibly()。doAcquireSharedInterruptibly()会使当前线程一直等待,直到当前线程获取到共享锁(或被中断)才返回。

tryAcquireShared()在CountDownLatch.java中被重写,它的源码如下:

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

说明:tryAcquireShared()的作用是尝试获取共享锁。

如果"锁计数器=0",即锁是可获取状态,则返回1;否则,锁是不可获取状态,则返回-1。

private void doAcquireSharedInterruptibly(long arg)
  throws InterruptedException {
  // 创建"当前线程"的Node节点,且Node中记录的锁是"共享锁"类型;并将该节点添加到CLH队列末尾。
  final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
  boolean failed = true;
  try {
    for (;;) {
      // 获取上一个节点。
      // 如果上一节点是CLH队列的表头,则"尝试获取共享锁"。
      final Node p = node.predecessor();
      if (p == head) {
        long r = tryAcquireShared(arg);
        if (r >= 0) {
          setHeadAndPropagate(node, r);
          p.next = null; // help GC
          failed = false;
          return;
        }
      }
      // (上一节点不是CLH队列的表头) 当前线程一直等待,直到获取到共享锁。
      // 如果线程在等待过程中被中断过,则再次中断该线程(还原之前的中断状态)。
      if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
        parkAndCheckInterrupt())
        throw new InterruptedException();
    }
  } finally {
    if (failed)
      cancelAcquire(node);
  }
}

说明:

(01) addWaiter(Node.SHARED)的作用是,创建”当前线程“的Node节点,且Node中记录的锁的类型是”共享锁“(Node.SHARED);并将该节点添加到CLH队列末尾。

(02) node.predecessor()的作用是,获取上一个节点。如果上一节点是CLH队列的表头,则”尝试获取共享锁“。

(03) shouldParkAfterFailedAcquire()的作用和它的名称一样,如果在尝试获取锁失败之后,线程应该等待,则返回true;否则,返回false。

(04) 当shouldParkAfterFailedAcquire()返回ture时,则调用parkAndCheckInterrupt(),当前线程会进入等待状态,直到获取到共享锁才继续运行。

3. countDown()

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

说明:该函数实际上调用releaseShared(1)释放共享锁。

releaseShared()在AQS中实现,源码如下:

public final boolean releaseShared(int arg) {
  if (tryReleaseShared(arg)) {
    doReleaseShared();
    return true;
  }
  return false;
}

说明:releaseShared()的目的是让当前线程释放它所持有的共享锁。

它首先会通过tryReleaseShared()去尝试释放共享锁。尝试成功,则直接返回;尝试失败,则通过doReleaseShared()去释放共享锁。

tryReleaseShared()在CountDownLatch.java中被重写,源码如下:

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
  // Decrement count; signal when transition to zero
  for (;;) {
    // 获取“锁计数器”的状态
    int c = getState();
    if (c == 0)
      return false;
    // “锁计数器”-1
    int nextc = c-1;
    // 通过CAS函数进行赋值。
    if (compareAndSetState(c, nextc))
      return nextc == 0;
  }
}

说明:tryReleaseShared()的作用是释放共享锁,将“锁计数器”的值-1。

总结:CountDownLatch是通过“共享锁”实现的。在创建CountDownLatch中时,会传递一个int类型参数count,该参数是“锁计数器”的初始状态,表示该“共享锁”最多能被count给线程同时获取。当某线程调用该CountDownLatch对象的await()方法时,该线程会等待“共享锁”可用时,才能获取“共享锁”进而继续运行。而“共享锁”可用的条件,就是“锁计数器”的值为0!而“锁计数器”的初始值为count,每当一个线程调用该CountDownLatch对象的countDown()方法时,才将“锁计数器”-1;通过这种方式,必须有count个线程调用countDown()之后,“锁计数器”才为0,而前面提到的等待线程才能继续运行!

以上,就是CountDownLatch的实现原理。

CountDownLatch的使用示例

下面通过CountDownLatch实现:"主线程"等待"5个子线程"全部都完成"指定的工作(休眠1000ms)"之后,再继续运行。

 import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
 public class CountDownLatchTest1 {
   private static int LATCH_SIZE = 5;
   private static CountDownLatch doneSignal;
   public static void main(String[] args) {
     try {
       doneSignal = new CountDownLatch(LATCH_SIZE);
       // 新建5个任务
       for(int i=0; i<LATCH_SIZE; i++)
         new InnerThread().start();
       System.out.println("main await begin.");
       // "主线程"等待线程池中5个任务的完成
       doneSignal.await();
       System.out.println("main await finished.");
     } catch (InterruptedException e) {
       e.printStackTrace();
     }
   }
   static class InnerThread extends Thread{
     public void run() {
       try {
         Thread.sleep(1000);
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep 1000ms.");
         // 将CountDownLatch的数值减1
         doneSignal.countDown();
       } catch (InterruptedException e) {
         e.printStackTrace();
       }
     }
   }
 }

运行结果:

main await begin.
Thread-0 sleep 1000ms.
Thread-2 sleep 1000ms.
Thread-1 sleep 1000ms.
Thread-4 sleep 1000ms.
Thread-3 sleep 1000ms.
main await finished.

结果说明:主线程通过doneSignal.await()等待其它线程将doneSignal递减至0。其它的5个InnerThread线程,每一个都通过doneSignal.countDown()将doneSignal的值减1;当doneSignal为0时,main被唤醒后继续执行。

(0)

相关推荐

  • Java concurrency之AtomicReference原子类_动力节点Java学院整理

    AtomicReference介绍和函数列表 AtomicReference是作用是对"对象"进行原子操作. AtomicReference函数列表 // 使用 null 初始值创建新的 AtomicReference. AtomicReference() // 使用给定的初始值创建新的 AtomicReference. AtomicReference(V initialValue) // 如果当前值 == 预期值,则以原子方式将该值设置为给定的更新值. boolean compare

  • java线程并发countdownlatch类使用示例

    复制代码 代码如下: package com.yao; import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors; /** * CountDownLatch是个计数器,它有一个初始数, * 等待这个计数器的线程必须等到计数器倒数到零时才可继续. */public class CountDownLatchTe

  • Java多线程编程之CountDownLatch同步工具使用实例

    好像倒计时计数器,调用CountDownLatch对象的countDown方法就将计数器减1,当到达0时,所有等待者就开始执行. java.util.concurrent.CountDownLatch 一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待.用给定的计数初始化CountDownLatch.由于调用了countDown()方法,所以在当前计数到达零之前,await方法会一直受阻塞.之后,会释放所有等待的线程,await的所有后续调用都将立即返回.这种现

  • Java concurrency之Condition条件_动力节点Java学院整理

    Condition介绍 Condition的作用是对锁进行更精确的控制.Condition中的await()方法相当于Object的wait()方法,Condition中的signal()方法相当于Object的notify()方法,Condition中的signalAll()相当于Object的notifyAll()方法.不同的是,Object中的wait(),notify(),notifyAll()方法是和"同步锁"(synchronized关键字)捆绑使用的:而Condition

  • Java concurrency之非公平锁_动力节点Java学院整理

    获取非公平锁(基于JDK1.7.0_40) 非公平锁和公平锁在获取锁的方法上,流程是一样的:它们的区别主要表现在"尝试获取锁的机制不同".简单点说,"公平锁"在每次尝试获取锁时,都是采用公平策略(根据等待队列依次排序等待):而"非公平锁"在每次尝试获取锁时,都是采用的非公平策略(无视等待队列,直接尝试获取锁,如果锁是空闲的,即可获取状态,则获取锁). 1. lock() lock()在ReentrantLock.java的NonfairSync类

  • Java concurrency之AtomicLong原子类_动力节点Java学院整理

    AtomicLong介绍和函数列表 AtomicLong是作用是对长整形进行原子操作. 在32位操作系统中,64位的long 和 double 变量由于会被JVM当作两个分离的32位来进行操作,所以不具有原子性.而使用AtomicLong能让long的操作保持原子型. AtomicLong函数列表 // 构造函数 AtomicLong() // 创建值为initialValue的AtomicLong对象 AtomicLong(long initialValue) // 以原子方式设置当前值为ne

  • Java concurrency之共享锁和ReentrantReadWriteLock_动力节点Java学院整理

    ReadWriteLock 和 ReentrantReadWriteLock介绍 ReadWriteLock,顾名思义,是读写锁.它维护了一对相关的锁 - - "读取锁"和"写入锁",一个用于读取操作,另一个用于写入操作. "读取锁"用于只读操作,它是"共享锁",能同时被多个线程获取. "写入锁"用于写入操作,它是"独占锁",写入锁只能被一个线程锁获取. 注意:不能同时存在读取锁和写入锁

  • Java concurrency之公平锁(二)_动力节点Java学院整理

    释放公平锁(基于JDK1.7.0_40) 1. unlock() unlock()在ReentrantLock.java中实现的,源码如下: public void unlock() { sync.release(1); } 说明: unlock()是解锁函数,它是通过AQS的release()函数来实现的. 在这里,"1"的含义和"获取锁的函数acquire(1)的含义"一样,它是设置"释放锁的状态"的参数.由于"公平锁"是

  • Java concurrency集合之CopyOnWriteArraySet_动力节点Java学院整理

    CopyOnWriteArraySet介绍 它是线程安全的无序的集合,可以将它理解成线程安全的HashSet.有意思的是,CopyOnWriteArraySet和HashSet虽然都继承于共同的父类AbstractSet:但是,HashSet是通过"散列表(HashMap)"实现的,而CopyOnWriteArraySet则是通过"动态数组(CopyOnWriteArrayList)"实现的,并不是散列表. 和CopyOnWriteArrayList类似,CopyO

  • 详解Java多线程编程中CountDownLatch阻塞线程的方法

    直译过来就是倒计数(CountDown)门闩(Latch).倒计数不用说,门闩的意思顾名思义就是阻止前进.在这里就是指 CountDownLatch.await() 方法在倒计数为0之前会阻塞当前线程. CountDownLatch是一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待. CountDownLatch 的作用和 Thread.join() 方法类似,可用于一组线程和另外一组线程的协作.例如,主线程在做一项工作之前需要一系列的准备工作,只有这些准备工

随机推荐