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哈喽咱们好,我是阿Q。

前几天咱们把 ReentrantLock的原理 进行了详细的解说,不熟悉的同学能够翻看前文,今日咱们介绍另一种基于 AQS 的同步东西——CountDownLatch。

CountDownLatch 被称为倒计时器,也叫闭锁,是 juc 包下的东西类,一起也是同享锁的一种完结。它的作用是能够让一个或多个线程等候,直到所有线程的使命都履行完之后再持续往下履行。

举个简单的比如:阿Q高中时期都是乘坐大巴往复于县城与农村,那时的司机为了利益的最大化,会在轿车满员的情况下才会发车。

老司机发车了,CountDownLatch:等与不等都在你

假如咱们把乘客去车站乘车比作一个一个的线程,那 CountDownLatch 做的事便是等咱们到齐之前的等候作业。

咱们从源码的视点来剖析下它的作业原理

①谁来决定公交车上的座位数?

公交车上的座位数是由轿车制造商决定的,在 CountDownLatch 中也会存在这样一个值 count,用来表明需求等候的线程个数

count 值是在 CountDownLatch 的构造函数中进行初始化

public CountDownLatch(int count) {
	if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
	this.sync = new Sync(count);
}
Sync(int count) {
 //设置 AQS 中的 state 为 count 值
	setState(count);
}

计数值 count 是一次性的,当它的值减为0后就不会再变化了,这也是其存在的不足之处。

②谁来确认乘客全部到齐?

在轿车发车前检票员会对车上的乘客数量进行清点,假如满员了就会通知司机开车。

当然也能够选用这种办法:在得知车座位数的前提下,每上来一位乘客,座位数进行减一操作。CountDownLatch 便是选用的上述办法,它的 countDown() 办法会对 state 的值履行减1操作。

让咱们从源码的视点来认识一下该办法。

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

先测验开释锁,假如回来 true,则履行开释操作,反之不履行。咱们剖析下上边的两个办法

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
	for (;;) {
  //获取当时等候的线程数量
		int c = getState();
  //等候线程数为0,表明没有等候线程,故不需求开释锁资源
		if (c == 0)
			return false;
  //履行减1操作
		int nextc = c-1;
  //自旋+CAS将state的属性值-1
		if (compareAndSetState(c, nextc))
			return nextc == 0;
	}
}

最终一步中,假如减一之后为0,则阐明没有其它线程等候,需求履行开释锁操作,回来 true,反之不需求。

在开端剖析 doReleaseShared() 之前,咱们先来补全一下 AQS 中 waitStatus 的状况阐明

  • 初始化状况:0,表明当时节点在同步行列中,等候获取锁;
  • CANCELLED:1,表明当时节点撤销获取锁;
  • SIGNAL:-1,表明后续节点等候当时节点唤醒;
  • CONDITION:-2,表明当时线程正在条件等候行列中;
  • PROPAGATE:-3,同享模式,前置节点唤醒后续节点后,唤醒操作无条件传达下去;
/**
 * 开释锁:唤醒后续节点
 */
private void doReleaseShared() {
	for (;;) {
		Node h = head;
  //不是null 且不为尾节点,因为尾节点没有后续节点需求唤醒了
		if (h != null && h != tail) {
			int ws = h.waitStatus;
   //只要状况为 -1 才能够唤醒后续节点
			if (ws == Node.SIGNAL) {
				//将waitStatus设置为0失利会持续循环
				if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
					continue;
				unparkSuccessor(h);
			}
			//将waitStatus设置为PROPAGATE失利会持续循环
			else if (ws == 0 &&
					 !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
				continue;                
		}
		if (h == head)                   
			break;
	}
}

unparkSuccessor() 办法用于唤醒 AQS 中被挂起的线程,在ReentrantLock的原理中讲过了,此处不再赘述。

小结:当线程运用 countDown() 办法时,其实是运用了 tryReleaseShared() 办法以 CAS 的操作来削减 state ,直至 state 为 0 ,进而开释锁资源,唤醒后续节点。

③谁来发车?

肯定是司机来发车呀,那咱们的 CountDownLatch 是怎么完结的呢?

CountDownLatch 中的 await() 办法,便是等候线程的总开关,当发现 state 的值为0时会开释所有的等候线程,发车了。

咱们从源码视点来看下它是怎么作业的

public void await() throws InterruptedException {
	sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
		throws InterruptedException {
 //假如线程中断了,直接抛出中断反常
	if (Thread.interrupted())
		throw new InterruptedException();
 //假如小于0,代表 state 不为0,即还有使命未履行完毕,会履行获取同享锁的操作
	if (tryAcquireShared(arg) < 0)
		doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
	return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}

咱们来看看它到底是怎么获取同享锁的

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
	throws InterruptedException {
	//将当时线程封装成node放到队尾
	final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
	boolean failed = true;
	try {
		for (;;) {
			final Node p = node.predecessor();
			if (p == head) {
				int r = tryAcquireShared(arg);
				//state为0,表明此时等候线程全部履行完毕,r为1。
				if (r >= 0) {
					setHeadAndPropagate(node, r);
					p.next = null;
					failed = false;
					return;
				}
			}
			//从当时node节点向前寻觅有用节点,并保证有用节点的waitStatus状况为-1
			if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
				//挂起线程
				parkAndCheckInterrupt())
				//在拿锁的期间,假如被中断了,那么会抛出反常,撤销拿锁
				throw new InterruptedException();
		}
	} finally {
		if (failed)
			//将当时节点设置为失效节点,并挂到最近的有用节点后边,上文中有图解
			cancelAcquire(node);
	}
}

其中最重要的便是 setHeadAndPropagate() 办法

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
	Node h = head; 
	//将当时node设置为head,并将node的线程置为空
	setHead(node);
	if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
		(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
		Node s = node.next;
		if (s == null || s.isShared())
			//开释锁:唤醒后续节点
			doReleaseShared();
	}
}

小结:当线程运用 await() 办法时会将当时线程封装成 node 参加AQS 行列中,假如发现 state 不为0,阐明还有使命未履行完结,持续堵塞;假如 state 为0,会开释掉所有的等候线程,履行 await() 之后的数据。

流程图了解一下

老司机发车了,CountDownLatch:等与不等都在你

理论讲完了,那咱们用代码来演示下上边的比如

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	int count = 10;
	//设置线程池并发数
	ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(count);
	//假设大巴能够拉十个乘客,初始化state
	CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);
	for (int i = 0; i < count; i++) {
		final int num = i;
		executorService.execute(()->{
			try {
				Thread.sleep((long) (new Random().nextDouble() * 3000) + 1000);
				System.out.println("乘客坐在了"+ (num +1) + "号座位上");
			} catch (InterruptedException exception) {
				exception.printStackTrace();
			}finally {
				countDownLatch.countDown();
			}
		});
	}
	System.out.println("司机等候乘客上车");
	countDownLatch.await();
	System.out.println("发车了");
	executorService.shutdown();
}

履行成果如下:

老司机发车了,CountDownLatch:等与不等都在你

细心地同学肯定会问了:假如遇上刮风下雨,来坐车的人少了,那已经上车的乘客岂不是回不了家了?

当然不是了,大巴其实也是有时刻观念的,即使车上的乘客不满员到了必定的时刻司机也会发车的,另外还会在路上顺路稍几个人上车。那咱们的 CountDownLatch 是怎么完结的呢?

CountDownLatch 还提供了一个 await(long timeout, TimeUnit unit)办法,在必定的时刻距离内会堵塞当时线程,等候 count 个线程履行使命,一旦超出了等候时刻,便会持续往下履行。

咱们将上边的countDownLatch.await();替换为countDownLatch.await(3, TimeUnit.SECONDS);,履行成果如下所示

老司机发车了,CountDownLatch:等与不等都在你

上文中的比如是 CountDownLatch 的其中一种用法,即主线程等候其他线程履行完毕之后再履行。它还有另一种用法,即完结多个线程开端履行使命的最大并行性,相似发令枪响前,运动员统一在起跑线就位的场景。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	//设置线程池并发数
	ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
	CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
	//一组有6名运动员
	for (int i = 0; i < 6; i++) {
		final int num = i;
		executorService.execute(()->{
			try {
				System.out.println("运动员"+ (num+1) +"等候发令枪响");
				countDownLatch.await();
				System.out.println("运动员"+ (num+1) +"开端起跑");
			} catch (InterruptedException exception) {
				exception.printStackTrace();
			}
		});
	}
	Thread.sleep(3000);
	countDownLatch.countDown();
	System.out.println("发令枪响");
	executorService.shutdown();
}

履行成果如下

老司机发车了,CountDownLatch:等与不等都在你

说了这么多,都是样例?你有没有在项目中应用过呢?

答复当然是“Yes”了,之前的运营端有个统计页面,要求统计用户新增数量、订单数量、商品交易总额等多张表的指标值,为了进步履行速率,我就启用了多个子线程分别去统计,用 CountDownLatch 来等候它们的统计成果。

今日的内容到这里就完毕了,期望对咱们有所协助,咱们下期再见。写文不易,期望咱们能够一键三连:点赞、转发、在看。

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