CountDownLatch详解

2023年4月28日 178次阅读

功能描述

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。
常见用法
多个人等一个信号后继续执行操作。例如5个运动员，等一个发令员的枪响。
一个人等多个人的信号。旅游团等所有人签到完成才开始出发。
我们最常见见到使用的地方是zk获取连接的时候

       final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(1); 
       ZooKeeper zooKeeper=new ZooKeeper(zk_url, time_out, new Watcher() { 
           public void process(WatchedEvent watchedEvent) { 
               Event.KeeperState state = watchedEvent.getState(); 
               Event.EventType type = watchedEvent.getType(); 
               if(Event.KeeperState.SyncConnected==state){ 
                   if(Event.EventType.None==type){ 
                       //调用此方法测计数减一 
                       countDownLatch.countDown(); 
                   } 
               } 
           } 
       }); 
       //阻碍当前线程进行,除非计数归零 
       countDownLatch.await();

这里了也可以看到很明确的使用方法，countDown直到0，await的线程才会继续执行。

原理

CountDownLatch内部使用了共享锁。如果这里还不知道共享和独占的区别，可以看前面的aqs速读。
获取锁成功的方法很简单

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

共享锁有个约定，返回有三种情况。

  • 0为获取锁且没有其他资源
  • 正数 获取锁并且还有其他资源
  • 负数 获取锁资源失败

共享锁在tryAcquireShared返回大于0的值的时候，会唤醒其他停顿状态加锁线程。由于没有对state的增加操作，所以当state变成0的时候，所有尝试加锁的线程都会被唤醒。

        protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // Decrement count; signal when transition to zero
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                int nextc = c-1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    return nextc == 0;
            }
        }

释放锁的操作，就是把state的值减一，当只有state变成0的时候，才返回true，tryReleaseShared返回true的时候会触发唤醒其他加锁线程的操作。
通过上面的过程，我们可以看到CountDownLatch中的共享锁的加锁和释放锁的过程，下面看看是如何和CountDownLatch结合的。

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

CountDownLatch的构造里会初始化共享锁，并且设置state的值。

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

countDown是释放锁，最终会调用到tryReleaseShared。

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

await是加锁，最终会调用到 tryAcquireShared。
CountDownLatch就是一个不断释放锁的过程。

常见问题

  1. CountDownLatch是不能够重用的
    根据上面的解析，大家也发现，共享锁加锁的操作并不会增加state的值。CountDownLatch中state一旦变成0就没有提供其他方式增长回去了。
    所以CountDownLatch是一次性消耗品，用完就得换新的。这样设计也是比较正常的，对状态的要求比较严格，例如都开车了你再告诉司机，这次加了5个人，车都开了一半了，不会考虑再回去。随意修改约束值会带来很多逻辑上的问题。
  2. CountDownLatch无限等待
    countDown没有被调用，那么await就会一直等下去。countDown常见没有被调用的情况：异常中断，线程池拒绝策略。
    可以使用
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)

根据业务情况，增加一个最大等待时间。使用这种方式，需要对失败的各种情况作出业务上的对应处理，否则就出现各种数据不正确的问题。也可以对countDown的线程做好异常处理，最好使用另外一个线程池来处理这些线程。这种情况就需要对业务不能停顿时间特别长，导致线程池的资源被耗光的情况做处理。如果是想通过new Thread避免，就需要考虑线程突然暴涨的问题。

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