多线程中CountDownLatch计数器的使用

CountDownLatch中count down是倒数的意思,latch则是门闩的含义。整体含义可以理解为倒数的门栓,似乎有一点“三二一,芝麻开门”的感觉。CountDownLatch的作用也是如此,在构造CountDownLatch的时候需要传入一个整数n,在这个整数“倒数”到0之前,主线程需要等待在门口,而这个“倒数”过程则是由各个执行线程驱动的,每个线程执行完一个任务“倒数”一次。总结来说,CountDownLatch的作用就是等待其他的线程都执行完任务,必要时可以对各个任务的执行结果进行汇总,然后主线程才继续往下执行。

        CountDownLatch主要有两个方法:countDown()和await()。countDown()方法用于使计数器减一,其一般是执行任务的线程调用,await()方法则使调用该方法的线程处于等待状态,其一般是主线程调用。这里需要注意的是,countDown()方法并没有规定一个线程只能调用一次,当同一个线程调用多次countDown()方法时,每次都会使计数器减一;另外,await()方法也并没有规定只能有一个线程执行该方法,如果多个线程同时执行await()方法,那么这几个线程都将处于等待状态,并且以共享模式享有同一个锁。如下是其使用示例:
public class CountDownLatchExample {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
    Service service = new Service(latch);
    Runnable task = () -> service.exec();

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      Thread thread = new Thread(task);
      thread.start();
    }

    System.out.println("main thread await. ");
    latch.await();
    System.out.println("main thread finishes await. ");
  }
}

public class Service {
  private CountDownLatch latch;

  public Service(CountDownLatch latch) {
    this.latch = latch;
  }

  public void exec() {
    try {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute task. ");
      sleep(2);
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished task. ");
    } finally {
      latch.countDown();
    }
  }

  private void sleep(int seconds) {
    try {
      TimeUnit.SECONDS.sleep(seconds);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}
CountDownLatch是Java1.5之后引入的Java并发工具类,放在java.util.concurrent包下面
CountDownLatch能够使一个或多个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行;CountDownLatch是JDK 5+里面闭锁的一个实现。

  闭锁(Latch):一种同步方法,可以延迟线程的进度直到线程到达某个终点状态。通俗的讲就是,一个闭锁相当于一扇大门,在大门打开之前所有线程都被阻断,一旦大门打开所有线程都将通过,但是一旦大门打开,所有线程都通过了,那么这个闭锁的状态就失效了,门的状态也就不能变了,只能是打开状态。也就是说闭锁的状态是一次性的,它确保在闭锁打开之前所有特定的活动都需要在闭锁打开之后才能完成。

  与CountDownLatch第一次交互是主线程等待其它的线程,主线程必须在启动其它线程后立即调用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。

  其他的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,这种机制就是通过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,恢复自己的任务。

  这里的主线程是相对的概念,需要根据CountDownLatch创建的场景分析。

2、主要方法
复制代码
特有方法: 
public CountDownLatch(int count); //指定计数的次数,只能被设置1次
public void countDown();          //调用此方法则计数减1
public void await() throws InterruptedException   //调用此方法会一直阻塞当前线程,直到计时器的值为0,除非线程被中断。
Public Long getCount();           //得到当前的计数
Public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) //调用此方法会一直阻塞当前线程,直到计时器的值为0,除非线程被中断或者计数器超时,返回false代表计数器超时。
From Object Inherited:
Clone、equals、hashCode、notify、notifyALL、wait等。
使用场景
(1)开启多个线程分块下载一个大文件,每个线程只下载固定的一截,最后由另外一个线程来拼接所有的分段。

(2)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。

(3)确保一个计算不会执行,直到所需要的资源被初始化。
public class CountDownLatchDemo {  
    final static SimpleDateFormat sdf=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        CountDownLatch latch=new CountDownLatch(2);//两个工人的协作  
        Worker worker1=new Worker("zhang san", 5000, latch);  
        Worker worker2=new Worker("li si", 8000, latch);  
        worker1.start();//  
        worker2.start();//  
        latch.await();//等待所有工人完成工作  
        System.out.println("all work done at "+sdf.format(new Date()));  
    }  
      
      
    static class Worker extends Thread{  
        String workerName;   
        int workTime;  
        CountDownLatch latch;  
        public Worker(String workerName ,int workTime ,CountDownLatch latch){  
             this.workerName=workerName;  
             this.workTime=workTime;  
             this.latch=latch;  
        }  
        public void run(){  
            System.out.println("Worker "+workerName+" do work begin at "+sdf.format(new Date()));  
            doWork();//工作了  
            System.out.println("Worker "+workerName+" do work complete at "+sdf.format(new Date()));  
            latch.countDown();//工人完成工作,计数器减一  
  
        }  
          
        private void doWork(){  
            try {  
                Thread.sleep(workTime);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
    }  
}  
CountDownLatch的作用就是等待其他的线程都执行完任务,必要时可以对各个任务的执行结果进行汇总,然后主线程才继续往下执行。
CountDownLatch非常适合于对任务进行拆分,使其并行执行,比如某个任务执行2s,其对数据的请求可以分为五个部分,那么就可以将这个任务拆分为5个子任务,分别交由五个线程执行,执行完成之后再由主线程进行汇总,此时,总的执行时间将决定于执行最慢的任务,平均来看,还是大大减少了总的执行时间。

        另外一种比较合适使用CountDownLatch的地方是使用某些外部链接请求数据的时候,比如图片。在本人所从事的项目中就有类似的情况,因为我们使用的图片服务只提供了获取单个图片的功能,而每次获取图片的时间不等,一般都需要1.5s~2s。当我们需要批量获取图片的时候,比如列表页需要展示一系列的图片,如果使用单个线程顺序获取,那么等待时间将会极长,此时我们就可以使用CountDownLatch对获取图片的操作进行拆分,并行的获取图片,这样也就缩短了总的获取时间。

CountDownLatch是基于AbstractQueuedSynchronizer实现的,在AbstractQueuedSynchronizer中维护了一个volatile类型的整数state,volatile可以保证多线程环境下该变量的修改对每个线程都可见,并且由于该属性为整型,因而对该变量的修改也是原子的。创建一个CountDownLatch对象时,所传入的整数n就会赋值给state属性,当countDown()方法调用时,该线程就会尝试对state减一,而调用await()方法时,当前线程就会判断state属性是否为0,如果为0,则继续往下执行,如果不为0,则使当前线程进入等待状态,直到某个线程将state属性置为0,其就会唤醒在await()方法中等待的线程。


注:

  1. latch.countDown(); 建议放到finally语句里。

  2. 对这个计数器的操作都是原子操作,同时只能有一个线程去操作这个计数器。

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