功能简介
闭锁是一种同步工具类，可以延迟线程的进度直到其到达终止状态【CPJ 3.4.2】。闭锁的作用相当于一扇门∶ 在闭锁到达结束状态之前，这扇门一直是关闭的，并且没有任何线程能通过，当到达结束状态时，这扇门会打开并允许所有的线程通过。当闭锁到达结束状态后，将不会再改变状态，因此这扇门将永远保持打开状态。闭锁可以用来确保某些活动直到其他活动都完成后才继续执行，例如∶
确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行。二元闭锁(包括两个状态)可以用来表示"资源R已经被初始化"，而所有需要 R 的操作都必须先在这个闭锁上等待。 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动。每个服务都有一个相关的二元闭锁。当启动服务S 时，将首先在S依赖的其他服务的闭锁上等待，在所有依赖的服务都启动后会释放闭锁S，这样其他依赖 S 的服务才能继续执行。 等待直到某个操作的所有参与者(例如，在多玩家游戏中的所有玩家)都就绪再继续执行。在这种情况中，当所有玩家都准备就绪时，闭锁将到达结束状态。
CountDownLatch.jpg
CountDownLatch是一种灵活的闭锁实现，可以在上述各种情况中使用，它可以使一个或多个线程等待一组事件发生。闭锁状态包括一个计数器，该计数器被初始化为一个正数，表示需要等待的事件数量。countDown方法递减计数器，表示有一个事件已经发生了，而 await方法等待计数器达到零，这表示所有需要等待的事件都已经发生。如果计数器的值非零，那么 await 会一直阻塞直到计数器为零，或者等待中的线程中断，或者等待超时。
使用案例
TestHarness 中给出了闭锁的两种常见用法。TestHarness 创建一定数量的线程，利用它们并发地执行指定的任务。它使用两个闭锁，分别表示"起始门(Starting Gate)"和"结束门(Ending Gate)"。起始门计数器的初始值为1，而结束门计数器的初始值为工作线程的数量。每个工作线程首先要做的就是在启动门上等待，从而确保所有线程都就绪后才开始执行。而每个线程要做的最后一件事情是将调用结束门的 countDown 方法减1，这能使主线程高效地等待直到所有工作线程都执行完成，因此可以统计所消耗的时间。
public class TestHarness { public long timeTasks( int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException { final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1); final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads); for ( int i = 0; i < nThreads; i++) { Thread t = new Thread(() -> { try { startGate.await(); try { task.run(); } finally { endGate.countDown(); } } catch (InterruptedException ignored) { } }); t.start(); } long start = System.nanoTime(); startGate.countDown(); endGate.await(); long end = System.nanoTime(); return end - start; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { TestHarness testHarness = new TestHarness(); AtomicInteger num = new AtomicInteger(0); long time = testHarness.timeTasks(10, () -> System. out .println(num.incrementAndGet())); System. out .println( "cost time: " + time + "ms" ); } } //输出结果 1 10 9 8 7 5 6 4 3 2 cost time : 2960900ms为什么要在 TestHarness 中使用闭锁，而不是在线程创建后就立即启动? 或许，我们希望测试 n 个线程并发执行某个任务时需要的时间。如果在创建线程后立即启动它们，那么先启动的线程将"领先"后启动的线程，并且活跃线程数量会随着时间的推移而增加或减少，竞争程度也在不断发生变化。启动门将使得主线程能够实时释放所有工作线程，而结束门则使主线程能够等待最后一个线程执行完成，而不是顺序地等待每个线程执行完成。
使用总结
CountDownLatch 是一次性的，计算器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch 使用完毕后，它不能再次被使用。
源码分析
代码分析
CountDownLatch 在底层还是采用 AbstractQueuedSynchronizer 实现。
CountDownLatch startGate = **new **CountDownLatch(1);我们先看它的构造方法, 创建了一个 sync 对象。
public CountDownLatch( int count ) { if ( count < 0) throw new IllegalArgumentException( "count < 0" ); this.sync = new Sync( count ); }Sync 是 AbstractQueuedSynchronizer 的一个实现, 按照字面意思我们可以猜到它是公平方式实现。
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L; // 构造方法 Sync( int count ) { setState( count ); } // 获取资源数 int getCount() { return getState(); } // 获取锁 protected int tryAcquireShared( int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } // 释放锁 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; // CAS 解锁 if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } } }在 await 方法中如果存在计算值, 那么当前线程将进入 AQS 队列生成 Node 节点, 线程进入阻塞状态。
public void await() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); }其实主要是获取共享锁。
public final void acquireSharedInterruptibly( int arg) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireSharedInterruptibly(arg); }CountDownLatch.Sync 实现了 tryAcquireShared 方法 ,如果 getState() == 0 返回 1 , 否则返回 -1. 也就是说创建 CountDownLatch 实例后再执行 await 方法将继续调用 doAcquireSharedInterruptibly(arg);
// 是否可获取共享锁 protected int tryAcquireShared( int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1; } // 尝试获取锁, 或者入队 private void doAcquireSharedInterruptibly( int arg) throws InterruptedException { 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 GC failed = false ; return ; } } if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) throw new InterruptedException(); } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }在 countDown 方法如果存在等待的线程, 将对其进行唤醒. 或者减少 CountDownLatch 资源数。
public void countDown() { sync.releaseShared(1); }通过 releaseShared 对共享锁进行解锁。
public final boolean releaseShared( int arg) { if (tryReleaseShared(arg)) { doReleaseShared(); return true ; } return false ; }最终会调用 doReleaseShared 唤醒 AQS 中的头节点。
private void doReleaseShared() { /* * Ensure that a release propagates, even if there are other * in -progress acquires/releases. This proceeds in the usual * way of trying to unparkSuccessor of head if it needs * signal. But if it does not , status is set to PROPAGATE to * ensure that upon release, propagation continues. * Additionally, we must loop in case a new node is added * while we are doing this. Also, unlike other uses of * unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status * fails, if so rechecking. */ for (;;) { Node h = head; if (h != null && h != tail) { int ws = h.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) { if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue ; // loop to recheck cases unparkSuccessor(h); } else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue ; // loop on failed CAS } if (h == head) // loop if head changed break; } }详细流程如下图：
源码流程图
CountDownLatch 闭锁源码分析.png
参考资料
《Java 并发编程实战》
https://www.cnblogs.com/Lee_xy_z/p/10470181.html
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/7rn6NCPqIcGiDs3cVuVm2g
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