Java中CountDownLatch進(jìn)行多線程同步詳解

CountDownLatch介紹

在前面的Java學(xué)習(xí)筆記中，總結(jié)了Java中進(jìn)行多線程同步的幾個(gè)方法：

1、synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行同步。
2、Lock鎖接口及其實(shí)現(xiàn)類ReentrantLock、ReadWriteLock鎖實(shí)現(xiàn)同步。
3、信號(hào)量Semaphore實(shí)現(xiàn)同步。

其中，synchronized關(guān)鍵字和Lock鎖解決的是多個(gè)線程對(duì)同一資源的并發(fā)訪問問題。信號(hào)量Semaphore解決的是多副本資源的共享訪問問題。

今天，來學(xué)習(xí)一下Java中的另外一個(gè)多線程同步輔助類：CountDownLatch。官方文檔對(duì)CountDownLatch的解釋是：在完成一組正在其他線程中執(zhí)行的操作之前，它允許一個(gè)或多個(gè)線程一直等待。也就是說，CountDownLatch控制某個(gè)或者多個(gè)線程，讓它們等待多個(gè)線程完成某項(xiàng)任務(wù)后，再啟動(dòng)。CountDownLatch主要是用來同步多個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，區(qū)別于其他的synchronized關(guān)鍵字，鎖，信號(hào)量是用來同步共享資源的。

CountDownLatch實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)介：

CountDownLatch內(nèi)部維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的值為待完成的任務(wù)數(shù)Ｎ，需要等待這Ｎ個(gè)任務(wù)完成的線程調(diào)用

CountDownLatch的await()方法使自己進(jìn)入休眠等待狀態(tài)。

當(dāng)某一個(gè)任務(wù)線程完成某一個(gè)任務(wù)后調(diào)用CountDownLatch的countDown()方法來表示自己的任務(wù)已完成，此時(shí)CountDownLatch的計(jì)數(shù)器值減１，當(dāng)所有的任務(wù)完成式，計(jì)數(shù)器的值為０。當(dāng)計(jì)數(shù)器值為0時(shí)，CountDownLatch將喚醒所有因await()方法進(jìn)入休眠的線程。

CountDownLatch的使用：

CountDownLatch的使用主要有3點(diǎn)：

1、CountDownLatch的聲明及初始化，在初始化時(shí)需要指定等待完成的任務(wù)數(shù)。

2、某一個(gè)任務(wù)完成時(shí)調(diào)用CountDownLatch的countDown()方法，向CountDownLatch報(bào)告自己的任務(wù)已經(jīng)完成，

3、需要等待任務(wù)完成的線程調(diào)用CountDownLatch的await()方法，調(diào)用后該線程將進(jìn)入休眠，并在所有任務(wù)數(shù)完成后CountDownLatch的計(jì)數(shù)器值為0時(shí)，因await()方法進(jìn)行休眠的線程將被喚醒。

在此本人在Java 7并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)手冊(cè)該書中的CountDownLatch使用示例的基礎(chǔ)上做了部分改進(jìn)，來演示CountDownLatch的使用詳情：

模擬10個(gè)參會(huì)者和一個(gè)主持人參加的一個(gè)會(huì)以，每個(gè)參會(huì)者及主持人需要等待其他的參會(huì)者均到場(chǎng)簽到之后，才能開始會(huì)以并發(fā)言。為此，先創(chuàng)建一個(gè)會(huì)以管理的類VideoConference，其提供一個(gè)arrive()方法供參會(huì)者調(diào)用來進(jìn)行簽到。會(huì)議管理的擁有者是主持人，其等待每個(gè)參會(huì)者的簽到：

public class VideoConference implements Runnable{ 
  private final CountDownLatch countDownLatch; 
  private int number; 
  public VideoConference(int number) { 
    this.number = number; 
    this.countDownLatch = new CountDownLatch(number);//使用Number初始化其內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，當(dāng)初始化完成后，不能再次初始化 
  } 
  public void arrive(String name){ 
    //每個(gè)需要同步的任務(wù)，在任務(wù)完成時(shí)，需要調(diào)用該方法 
    countDownLatch.countDown();//countDownLatch內(nèi)部的計(jì)數(shù)器減1 
    System.out.print("arrive:"+name+"\n"); 
    try{ 
      countDownLatch.await();//await方法是線程進(jìn)入休眠，當(dāng)countDownLatch計(jì)數(shù)器為0時(shí)，將被喚醒 
      //線程被喚醒，在這里可以執(zhí)行一系列任務(wù) 
      System.out.print("name:"+name + " say:let's start..." +"\n"); 
    }catch (InterruptedException e){ 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
  public void run(){ 
    System.out.print("has arrive:"+(number-countDownLatch.getCount())+"\n"); 
    try{ 
      countDownLatch.await();//await方法是線程進(jìn)入休眠，當(dāng)countDownLatch計(jì)數(shù)器為0時(shí)，將被喚醒 
      //線程被喚醒，在這里可以執(zhí)行一系列任務(wù) 
      System.out.print("all arrived:"+(number-countDownLatch.getCount())+"\n"); 
    }catch (InterruptedException e){ 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
} 

創(chuàng)建一個(gè)參會(huì)者類Participant：

public class Participant implements Runnable{ 
  private VideoConference videoConference; 
  private String name; 
 
  public Participant(String name, VideoConference videoConference) { 
    this.name = name; 
    this.videoConference = videoConference; 
  } 
  public void run(){ 
    try { 
      //do something 
      Thread.sleep(50); 
      // 
      videoConference.arrive(name); 
    }catch (InterruptedException e){ 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
 
  public static void main(String[] args){ 
    VideoConference videoConference = new VideoConference(10); 
    Thread videoThread = new Thread(videoConference); 
    videoThread.start(); 
    for(int i=0; i<10; i++){ 
      Thread thread = new Thread(new Participant("participant:"+i,videoConference)); 
      thread.start(); 
    } 
  } 
} 

Participant類中的main函數(shù)首先創(chuàng)建了一個(gè)需要10個(gè)參會(huì)者參加的一個(gè)會(huì)議，之后，創(chuàng)建了10個(gè)參會(huì)者并逐個(gè)簽到，在10個(gè)參會(huì)者都簽到之后，每個(gè)參會(huì)者及主持人將被"喚醒"并發(fā)言。

總結(jié)：

CountDownLatch類解決的是多線程間的同步等待、任務(wù)協(xié)調(diào)問題，應(yīng)用在如在啟動(dòng)某個(gè)程序的主功能前，需要前置完成配置環(huán)境檢查、網(wǎng)絡(luò)檢查等多個(gè)子任務(wù)等類似的場(chǎng)景。在Java中，除了使用CountDownLatch來實(shí)現(xiàn)多線程間的同步等待以外，還可以使用柵欄技術(shù)CyclicBarrier來實(shí)現(xiàn)多線程間的同步等待、任務(wù)協(xié)調(diào)。

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