Java中CountDownLatch底层原理

CountDownLatch 底层原理

CountDownLatch也是一个 java.util.concurrent 包中的类，可以设置一个初始数值，在数值大于 0 之前让调用 await() 方法的线程堵塞住，数值为 0 是则会放开所有阻塞住的线程。底层基于 AQS 实现，还不了解的可以先看这篇 Java AQS 底层原理解析。

使用例子：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    // 设置初始数值为 10
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);

    // 循环中调用 countDown()减 1，如果调用 9 次则数值为 1，主线程和子线程都会阻塞，改为 i <10 调用 10 次则主线程和子线程都可以运行
    for(int i=0;i<9;i++) {latch.countDown();
        System.out.println(latch.getCount());
    }
    
    
    new Thread(new Runnable() {
        
        @Override
        public void run() {System.out.println("thread start");
            try {
                // 阻塞子线程
                latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("thread end");
        }
    }).start();
    
    // 阻塞主线程
    latch.await();
    System.out.println("main end");

}

底层原理：

1. 构造方法

   内部也是有个 Sync 类继承了 AQS，所以CountDownLatch 类的构造方法就是调用 Sync 类的构造方法，然后调用 setState() 方法设置 AQS 中state的值。

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

2. await()

   该方法是使调用的线程阻塞住，直到 state 的值为 0 就放开所有阻塞的线程。实现会调用到 AQS 中的 acquireSharedInterruptibly() 方法，先判断下是否被中断，接着调用了 tryAcquireShared() 方法，讲 AQS 那篇文章里提到过这个方法是需要子类实现的，可以看到实现的逻辑就是判断 state 值是否为 0，是就返回 1，不是则返回 -1。

    public void await() throws InterruptedException {sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
   
    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }
   
    protected int tryAcquireShared(int acquires) {return (getState() == 0) ? 1 : -1;
    }

3. countDown()

   这个方法会对 state 值减 1，会调用到 AQS 中releaseShared()方法，目的是为了调用 doReleaseShared() 方法，这个是 AQS 定义好的释放资源的方法，而 tryReleaseShared() 则是子类实现的，可以看到是一个自旋 CAS 操作，每次都获取 state 值，如果为 0 则直接返回，否则就执行减 1 的操作，失败了就重试，如果减完后值为 0 就表示要释放所有阻塞住的线程了，也就会执行到 AQS 中的 doReleaseShared() 方法。

    public void countDown() {sync.releaseShared(1);
    }
   
    public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
   
    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;
        }
    }