第二十章 Java多线程--JUC并发工具-CountDownLatch
目录
一、CountDownLatch基础概念
CountDownLatch 的核心概念
CountDownLatch 的常用方法
场景一：主线程等待多个子线程执行完毕
场景二：实现多个线程同时开始执行任务
场景三：统计报表优化
CountDownLatch 的局限性
结论
二、CountDownLatch深入理解
1 CountDownLatch介绍
1.2 CountDownLatch应用
1.3 CountDownLatch源码分析
1.3.1 有参构造
1.3.2 await方法
1.3.3 countDown方法
一、CountDownLatch基础概念
CountDownLatch 是 Java 并发工具包中一个非常实用的工具类，它通过定义一个计数器和阻塞队列实现了线程间的同步与协作。4 它的主要作用是让一个或多个线程等待其他线程的一系列操作完成。这种机制特别适用于需要确保一系列任务全部完成后再执行特定操作的场景。
CountDownLatch 的核心概念
CountDownLatch 初始化时需要提供一个整数参数作为计数器，这个整数代表了线程需要调用 countDown() 方法的次数。每当一个任务线程完成其任务后，都会调用 countDown() 方法减少计数器的值。当计数器的值递减到 0 时，所有因调用 await() 方法而被阻塞的线程将被唤醒并继续执行。
CountDownLatch 的常用方法
CountDownLatch(int count): 构造方法，创建一个值为 count 的计数器。
void await(): 阻塞当前线程，直到计数器的值为 0。如果计数器已经是 0，则该方法立即返回。
boolean await(long timeout, TimeUnit unit): 类似于 await()，但会等待指定的时间。如果在指定时间内计数器未达到 0，则返回 false。
void countDown(): 减少计数器的值。当计数器递减到 0 时，会唤醒所有等待的线程。
long getCount(): 返回当前计数器的值。
CountDownLatch 的应用场景
场景一：主线程等待多个子线程执行完毕
这是 CountDownLatch 最常见的应用场景之一。例如，一个服务启动时，主线程可能需要等待多个组件加载完毕才能继续执行。在这种情况下，可以使用 CountDownLatch 来确保所有组件加载完毕后再继续。
场景二：实现多个线程同时开始执行任务
另一个典型的使用场景是实现多个线程的最大并行性，即让多个线程在同一时刻开始执行任务。这类似于赛跑中的发令枪，所有选手都在听到枪声后同时起跑。通过使用 CountDownLatch，可以确保多个线程在同一时间点开始执行任务。
场景三：统计报表优化
在一些需要统计数据的应用中，可能会涉及到大量的计算和数据库查询。如果这些任务以串行方式执行，将会大大增加页面加载时间。通过将这些任务分配给多个线程并行处理，并使用 CountDownLatch 确保所有任务完成后再聚合结果，可以显著提高系统的响应速度。
CountDownLatch 的局限性
虽然 CountDownLatch 提供了强大的线程同步能力，但它也有一些局限性。最重要的一点是，CountDownLatch 是一次性使用的，一旦计数器递减到 0，它不能被重置。这意味着如果需要重复使用相同的同步机制，就需要创建一个新的 CountDownLatch 实例。
结论
CountDownLatch 是 Java 并发编程中不可或缺的一部分，它提供了灵活的线程同步机制，使得多线程编程变得更加简洁高效。通过合理利用 CountDownLatch，开发者可以轻松解决线程间的同步问题，提高程序的并发性能。然而，使用时也需要注意其一次性使用的特点，避免不必要的资源浪费。
二、CountDownLatch深入理解
1 CountDownLatch介绍
CountDownLatch就是JUC包下的一个工具，整个工具最核心的功能就是计数器。
如果有三个业务需要并行处理，并且需要知道三个业务全部都处理完毕了。
需要一个并发安全的计数器来操作。
CountDownLatch就可以实现。
给CountDownLatch设置一个数值。可以设置3。
每个业务处理完毕之后，执行一次countDown方法，指定的3每次在执行countDown方法时，对3进行-1。
主线程可以在业务处理时，执行await，主线程会阻塞等待任务处理完毕。
当设置的3基于countDown方法减为0之后，主线程就会被唤醒，继续处理后续业务。
当咱们的业务中，出现2个以上允许并行处理的任务，并且需要在任务都处理完毕后，再做其他处理时，可以采用CountDownLatch去实现这个功能。
1.2 CountDownLatch应用
模拟有三个任务需要并行处理，在三个任务全部处理完毕后，再执行后续操作
CountDownLatch中，执行countDown方法，代表一个任务结束，对计数器 - 1
执行await方法，代表等待计数器变为0时，再继续执行
执行await(time,unit)方法，代表等待time时长，如果计数器不为0，返回false，如果在等待期间，计数器为0，方法就返回true
一般CountDownLatch更多的是基于业务去构建，不采用成员变量。
static ThreadPoolExecutor executor = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(3);static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {System.out.println("主业务开始执行");sleep(1000);executor.execute(CompanyTest::a);executor.execute(CompanyTest::b);executor.execute(CompanyTest::c);System.out.println("三个任务并行执行,主业务线程等待");// 死等任务结束// countDownLatch.await();// 如果在规定时间内，任务没有结束，返回falseif (countDownLatch.await(10, TimeUnit.SECONDS)) {System.out.println("三个任务处理完毕，主业务线程继续执行");}else{System.out.println("三个任务没有全部处理完毕，执行其他的操作");}
}private static void a() {System.out.println("A任务开始");sleep(1000);System.out.println("A任务结束");countDownLatch.countDown();
}
private static void b() {System.out.println("B任务开始");sleep(1500);System.out.println("B任务结束");countDownLatch.countDown();
}
private static void c() {System.out.println("C任务开始");sleep(2000);System.out.println("C任务结束");countDownLatch.countDown();
}private static void sleep(long timeout){try {Thread.sleep(timeout);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
}1.3 CountDownLatch源码分析
保证CountDownLatch就是一个计数器，没有什么特殊的功能，查看源码也只是查看计数器实现的方式
发现CountDownLatch的内部类Sync继承了AQS，CountDownLatch就是基于AQS实现的计数器。
AQS就是一个state属性，以及AQS双向链表
猜测计数器的数值实现就是基于state去玩的。
主线程阻塞的方式，也是阻塞在了AQS双向链表中。
1.3.1 有参构造
就是构建内部类Sync，并且给AQS中的state赋值
// CountDownLatch的有参构造
public CountDownLatch(int count) {// 健壮性校验if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");// 构建内部类，Sync传入countthis.sync = new Sync(count);
}// AQS子类，Sync的有参构造
Sync(int count) {// 就是给AQS中的state赋值setState(count);
}1.3.2 await方法
await方法就时判断当前CountDownLatch中的state是否为0，如果为0，直接正常执行后续任务
如果不为0，以共享锁的方式，插入到AQS的双向链表，并且挂起线程
// 一般主线程await的方法，阻塞主线程，等待state为0
public void await() throws InterruptedException {sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}// 执行了AQS的acquireSharedInterruptibly方法
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {// 判断线程是否中断，如果中断标记位是true，直接抛出异常if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();if (tryAcquireShared(arg) < 0)// 共享锁挂起的操作doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}// tryAcquireShared在CountDownLatch中的实现
protected int tryAcquireShared(int acquires) {// 查看state是否为0，如果为0，返回1，不为0，返回-1return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {// 封装当前先成为Node，属性为共享锁final Node node = addWaiter(Node.SHARED);boolean failed = true;try {for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head) {int r = tryAcquireShared(arg);if (r >= 0) {setHeadAndPropagate(node, r);p.next = null; // help GCfailed = false;return;}}// 在这，就需要挂起当前线程。if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}
}1.3.3 countDown方法
countDown方法本质就是对state - 1，如果state - 1后变为0，需要去AQS的链表中唤醒挂起的节点
// countDown对计数器-1
public void countDown() {// 是-1。sync.releaseShared(1);
}// AQS提供的功能
public final boolean releaseShared(int arg) {// 对state - 1if (tryReleaseShared(arg)) {// state - 1后，变为0，执行doReleaseShareddoReleaseShared();return true;}return false;
}
// CountDownLatch的tryReleaseShared实现
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {// 死循环是为了避免CAS并发问题for (;;) {// 获取stateint c = getState();// state已经为0，直接返回falseif (c == 0)return false;// 对获取到的state - 1int nextc = c-1;// 基于CAS的方式，将值赋值给stateif (compareAndSetState(c, nextc))// 赋值完，发现state为0了。此时可能会有线程在await方法处挂起，那边挂起，需要这边唤醒return nextc == 0;}
}// 如何唤醒在await方法处挂起的线程
private void doReleaseShared() {// 死循环for (;;) {// 拿到headNode h = head;// head不为null，有值，并且head != tail，代表至少2个节点// 一个虚拟的head，加上一个实质性的Nodeif (h != null && h != tail) {// 说明AQS队列中有节点int ws = h.waitStatus;// 如果head节点的状态为 -1.if (ws == Node.SIGNAL) {// 先对head节点将状态从-1，修改为0，避免重复唤醒的情况if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))continue; // 正常唤醒节点即可，先看head.next,能唤醒就唤醒，如果head.next有问题，从后往前找有效节点unparkSuccessor(h);}// 会在Semaphore中谈到这个位置else if (ws == 0 &&!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))continue; }// 会在Semaphore中谈到这个位置if (h == head) break;}
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