并发工具类(二)之CountDownLatch

    技术2026-04-10  9

    概述

    闭锁,CountDownLatch 这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如,应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。

    CountDownLatch 是通过一个计数器来实现的,计数器的初始值为初始任务的数量。每当完成了一个任务后,计数器的值就会减 1(CountDownLatch.countDown()方法)。当计数器值到达 0 时,它表示所有的已经完成了任务,然后在闭锁上等待 CountDownLatch.await()方法的线程就可以恢复执行任务。

    CountDownLatch源码分析

    类的继承关系

    public class CountDownLatch {}

    说明:可以看到CountDownLatch没有显示继承哪个父类或者实现哪个父接口,根据Java语言规定,可知其父类是Object。

    类的内部类

    CountDownLatch类存在一个内部类Sync,继承自AbstractQueuedSynchronizer,其源代码如下

    private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { // 版本号 private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L; // 构造器 Sync(int count) { setState(count); } // 返回当前计数 int getCount() { return getState(); } // 试图在共享模式下获取对象状态 protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } // 试图设置状态来反映共享模式下的一个释放 protected boolean tryReleaseShared(int releases) { // Decrement count; signal when transition to zero // 无限循环 for (;;) { // 获取状态 int c = getState(); if (c == 0) // 没有被线程占有 return false; // 下一个状态 int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c, nextc)) // 比较并且设置成功 return nextc == 0; } } }

    类的属性

    public class CountDownLatch { // 同步队列 private final Sync sync; }

    类的构造函数

    public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); // 初始化状态数 this.sync = new Sync(count); }

    说明:该构造函数可以构造一个用给定计数初始化的CountDownLatch,并且构造函数内完成了sync的初始化,并设置了状态数。

    await方法

    此函数将会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。其源码如下

    public void await() throws InterruptedException { // 转发到sync对象上 sync.acquireSharedInterruptibly(1); }

    说明:由源码可知,对CountDownLatch对象的await的调用会转发为对Sync的acquireSharedInterruptibly(从AQS继承的方法)方法的调用,acquireSharedInterruptibly源码如下

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

    说明:从源码中可知,acquireSharedInterruptibly又调用了CountDownLatch的内部类Sync的tryAcquireShared和AQS的doAcquireSharedInterruptibly函数。tryAcquireShared函数的源码如下

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

    说明:该函数只是简单的判断AQS的state是否为0,为0则返回1,不为0则返回-1,doAcquireSharedInterruptibly函数的源码如下

    private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { // 添加节点至等待队列 final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { for (;;) { // 无限循环 // 获取node的前驱节点 final Node p = node.predecessor(); if (p == head) { // 前驱节点为头结点 // 试图在共享模式下获取对象状态 int r = tryAcquireShared(arg); if (r >= 0) { // 获取成功 // 设置头结点并进行繁殖 setHeadAndPropagate(node, r); // 设置节点next域 p.next = null; // help GC failed = false; return; } } if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) // 在获取失败后是否需要禁止线程并且进行中断检查 // 抛出异常 throw new InterruptedException(); } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }

    说明:在AQS的doAcquireSharedInterruptibly中可能会再次调用CountDownLatch的内部类Sync的tryAcquireShared方法和AQS的setHeadAndPropagate方法。setHeadAndPropagate方法源码如下。

    private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { // 获取头结点 Node h = head; // Record old head for check below // 设置头结点 setHead(node); // 进行判断 if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || (h = head) == null || h.waitStatus < 0) { // 获取节点的后继 Node s = node.next; if (s == null || s.isShared()) // 后继为空或者为共享模式 // 以共享模式进行释放 doReleaseShared(); } }

    说明:该方法设置头结点并且释放头结点后面的满足条件的结点,该方法中可能会调用到AQS的doReleaseShared方法,其源码如下

    private void doReleaseShared() { // 无限循环 for (;;) { // 保存头结点 Node h = head; if (h != null && h != tail) { // 头结点不为空并且头结点不为尾结点 // 获取头结点的等待状态 int ws = h.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) { // 状态为SIGNAL if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) // 不成功就继续 continue; // loop to recheck cases // 释放后继结点 unparkSuccessor(h); } else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) // 状态为0并且不成功,继续 continue; // loop on failed CAS } if (h == head) // 若头结点改变,继续循环 break; } }

    说明:该方法在共享模式下释放,所以,对CountDownLatch的await调用大致会有如下的调用链。

    说明:上图给出了可能会调用到的主要方法,并非一定会调用到,之后,会通过一个示例给出详细的分析。

    countDown方法

    此函数将递减锁存器的计数,如果计数到达零,则释放所有等待的线程。

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

    说明:对countDown的调用转换为对Sync对象的releaseShared(从AQS继承而来)方法的调用。releaseShared源码如下

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

    说明:此函数会以共享模式释放对象,并且在函数中会调用到CountDownLatch的tryReleaseShared函数,并且可能会调用AQS的doReleaseShared函数,其中,tryReleaseShared源码如下

    protected boolean tryReleaseShared(int releases) { // Decrement count; signal when transition to zero // 无限循环 for (;;) { // 获取状态 int c = getState(); if (c == 0) // 没有被线程占有 return false; // 下一个状态 int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c, nextc)) // 比较并且设置成功 return nextc == 0; } }

    说明:此函数会试图设置状态来反映共享模式下的一个释放。具体的流程在下面的示例中会进行分析。AQS的doReleaseShared的源码如下

    private void doReleaseShared() { // 无限循环 for (;;) { // 保存头结点 Node h = head; if (h != null && h != tail) { // 头结点不为空并且头结点不为尾结点 // 获取头结点的等待状态 int ws = h.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) { // 状态为SIGNAL if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) // 不成功就继续 continue; // loop to recheck cases // 释放后继结点 unparkSuccessor(h); } else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) // 状态为0并且不成功,继续 continue; // loop on failed CAS } if (h == head) // 若头结点改变,继续循环 break; } }

    说明:此函数在共享模式下释放资源。

    所以,对CountDownLatch的countDown调用大致会有如下的调用链。

    代码示例

    /** *类说明:演示CountDownLatch用法, * 共5个初始化子线程,6个闭锁扣除点,扣除完毕后,主线程和业务线程才能继续执行 */ public class UseCountDownLatch { static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(6); /*初始化线程*/ private static class InitThread implements Runnable{ @Override public void run() { System.out.println("Thread_"+Thread.currentThread().getId() +" ready init work......"); latch.countDown(); System.out.println(latch.getCount()); for(int i =0;i<2;i++) { System.out.println("Thread_"+Thread.currentThread().getId() +" ........continue do its work"); } } } /*业务线程等待latch的计数器为0完成*/ private static class BusiThread implements Runnable{ @Override public void run() { try { latch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } for(int i =0;i<3;i++) { System.out.println("BusiThread_"+Thread.currentThread().getId() +" do business-----"); } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { SleepTools.ms(1); System.out.println("Thread_"+Thread.currentThread().getId() +" ready init work step 1st......"); latch.countDown(); System.out.println(latch.getCount()); System.out.println("begin step 2nd......."); SleepTools.ms(1); System.out.println("Thread_"+Thread.currentThread().getId() +" ready init work step 2nd......"); latch.countDown(); System.out.println(latch.getCount()); } }).start(); new Thread(new BusiThread()).start(); for(int i=0;i<=3;i++){ Thread thread = new Thread(new InitThread()); thread.start(); } latch.await(); System.out.println("Main do ites work........"); } }

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