详解Java多线程编程中CountDownLatch阻塞线程的方法

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：IT

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，只有这些准备工作都完成，主线程才能继续它的工作。这些准备工作彼此独立，所以可以并发执行以提高速度。在这个场景下就可以使用 CountDownLatch 协调线程之间的调度了。在直接创建线程的年代（Java 5.0 之前），我们可以使用 Thread.join()。在 JUC 出现后，因为线程池中的线程不能直接被引用，所以就必须使用 CountDownLatch 了。

CountDownLatch类是一个同步计数器,构造时传入int参数,该参数就是计数器的初始值，每调用一次countDown()方法，计数器减1,计数器大于0 时，await()方法会阻塞程序继续执行。 CountDownLatch可以看作是一个倒计数的锁存器，当计数减至0时触发特定的事件。利用这种特性，可以让主线程等待子线程的结束。 下面以一个模拟运动员比赛的例子加以说明。

CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。

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。

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。

PS：CountDownLatch和CyclicBarrier的区别:

(1) 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。

(2) 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。

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