java什么时候使用CountDownLatch

Z时代
2024-01-10
分类：综合

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

CountDownLatch的伪代码如下所示：

//Main thread start //Create CountDownLatch for N threads //Create and start N threads //Main thread wait on latch //N threads completes there tasks are returns //Main thread resume execution

2、CountDownLatch如何工作

CountDownLatch.java类中定义的构造函数：

//Constructs a CountDownLatch initialized with the given count.
public void CountDownLatch(int count) {...}

构造器中的计数值（count）实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。

与CountDownLatch的第一次交互是主线程等待其他线程。主线程必须在启动其他线程后立即调用CountDownLatch.await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。

其他N 个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知CountDownLatch对象，他们已经完成了各自的任务。这种通知机制是通过 CountDownLatch.countDown()方法来完成的；每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1。所以当N个线程都调用了这个方法，count的值等于0，然后主线程就能通过await()方法，恢复执行自己的任务。

3、在实时系统中的使用场景

实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。

开始执行前等待n个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统已经启动和运行了。

死锁检测：一个非常方便的使用场景是，你可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁。

4、CountDownLatch使用例子

这里使用Task和WaitingTask两个类来模拟；在这里，WaitingTask要等所有Task线程执行完毕才能继续运行。

案例入下：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  
class Task implements Runnable {  
    private static int counter = 0;  
    private final int id = ++counter;    //设置线程id  
  private final CountDownLatch latch;  //线程中必须要有CountDownLatch的引用，为了通知WaitTask计数器已经为0  
  public Task(CountDownLatch latch) {  
        this.latch = latch;  
    }  
    public void run() {  
        try {  
            doWork();      //这里睡眠1s，代表完成该线程的任务  
  latch.countDown();  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    public void doWork() throws InterruptedException {  
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);  
        System.out.println(this + " completed");  
    }  
    @Override  
  public String toString() {  
        return "Task--" + id;  
    }  
}  
class WaitingTask implements Runnable {  
    private static int counter = 0;  
    private final int id = ++counter;   //设置线程id  
  private final CountDownLatch latch;  //线程中必须要有CountDownLatch的引用,为了跟Task进行通信  
  public WaitingTask(CountDownLatch latch) {  
        this.latch = latch;  
    }  
    @Override  
  public void run() {  
        try {  
            latch.await();  
            System.out.println("Latch barrier passed for " + this);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
    @Override  
  public String toString() {  
        return "WaitingTask--" + id;  
    }  
}  
public class CountDownLatchDemo {  
    public static final int SIZE = 10;   //定义被等待线程数目  
  public static void main(String args[]) throws Exception {  
        ExecutorService exe = Executors.newCachedThreadPool();  
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(SIZE);  
//        这里的5个线程进入即被阻塞，等待其他SIZE个线程执行完毕后，才能继续执行  
  for (int i = 0; i < 5; i++) {  
            exe.execute(new WaitingTask(latch));  
        }  
//        这里是其他SIZE 个线程  
  for (int i = 0; i < SIZE; i++) {  
            exe.execute(new Task(latch));  
        }  
        exe.shutdown();  
    }  
}

运行结果：

Task--2 completed Task--8 completed Task--4 completed Task--9 completed Task--10 completed Task--1 completed Task--3 completed Task--5 completed Task--7 completed Task--6 completed Latch barrier passed for WaitingTask--4 Latch barrier passed for WaitingTask--1 Latch barrier passed for WaitingTask--3 Latch barrier passed for WaitingTask--5 Latch barrier passed for WaitingTask--2

我们明显看到WaitingTask在Task进程之后运行。

最后可以问自己一些问题，来检查自己是否掌握了该类。