JDK源码解析实战 - CountDownLatch
1 基本设计
一种同步辅助，允许一个或多个线程等待，直到在其他线程中执行的一组操作完成。
CountDownLatch 是用给定的 count 初始化的。由于调用了countDown()方法，await 方法阻塞，直到当前计数为零，之后释放所有等待线程，并立即返回任何后续的 await 调用。这是一种一次性现象——计数无法重置。如果需要重置计数的版本，可以考虑使用CyclicBarrier。
CountDownLatch 是一种通用的同步工具，可以用于多种用途。count为1时初始化的CountDownLatch用作简单的 on/off 的 latch或gate:所有调用wait的线程都在gate处等待，直到调用countDown()的线程打开它。一个初始化为N的CountDownLatch可以用来让一个线程等待，直到N个线程完成某个动作，或者某个动作已经完成N次。
CountDownLatch的一个有用的特性是，它不需要调用倒计时的线程等待计数达到0才继续，它只是防止任何线程继续等待，直到所有线程都通过。
2 类架构
2.1 UML 图
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2.2 继承关系
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可以看出，CountDownLatch并无显式地继承什么接口或类。
2.3 构造函数细节
-
构造一个用给定计数初始化的CountDownLatch。
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- 参数 count
在线程通过await()之前必须调用countDown()的次数
CountDownLatch 的 state 并不是 AQS 的默认值 0，而是可赋值的，就是在 CountDownLatch 初始化时，count 就代表了 state 的初始化值
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new Sync(count) 其实就是调用了内部类 Sync 的如下构造函数
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count 表示我们希望等待的线程数，可能是
- 等待一组线程全部启动完成，或者
- 等待一组线程全部执行完成
2.4 内部类
和 ReentrantLock 一样，CountDownLatch类也存在一个内部同步器 Sync，继承了 AbstractQueuedSynchronizer
-
这也是唯一的属性
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private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
// 构造方法
Sync(int count) {
setState(count);
}
// 返回当前计数
int getCount() {
return getState();
}
// 在共享模式下获取锁
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
// 共享模式下的锁释放
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// 降低计数器; 至 0 时发出信号
for (;;) {
// 获取锁状态
int c = getState();
// 锁未被任何线程持有
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
3 await
可以叫做等待，也可以称之为加锁。
3.1 无参
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造成当前线程等待，直到锁存器计数到零，除非线程被中断。
如果当前计数为零，则此方法立即返回。
如果当前线程数大于0，则当前线程将出于线程调度的目的而禁用，并处于睡眠状态，直到发生以下两种情况之一:
- 由于调用了countDown()方法，计数为零
- 其他线程中断了当前线程
如果当前线程:
- 在进入此方法时已设置其中断状态;或者
- 在等待时被中断
就会抛 InterruptedException，并清除当前线程的中断状态。
无参版 await 内部使用的是 acquireSharedInterruptibly 方法，实现在 AQS 中的 final 方法
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- 使用CountDownLatch 的内部类 Sync 重写的tryAcquireShared 方法尝试获得锁，如果获取了锁直接返回，获取不到锁走 2
- 获取不到锁，用 Node 封装一下当前线程，追加到同步队列的尾部，等待在合适的时机去获得锁，本步已完全实现在 AQS 中
tryAcquireShared
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3.2 超时参数
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最终都会转化成毫秒
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造成当前线程等待，直到锁存器计数到零，除非线程被中断，或者指定的等待时间已过。
如果当前计数为零，则此方法立即返回值 true。
如果当前线程数大于0，则当前线程将出于线程调度的目的而禁用，并处于休眠状态，直到发生以下三种情况之一:
- 由于调用了countDown()方法，计数为零;或
- 其他一些线程中断当前线程;或
- 指定的等待时间已经过了
如果计数为零，则该方法返回值true。
如果当前线程:
- 在进入此方法时已设置其中断状态;或
- 在等待时中断，
就会抛出InterruptedException，并清除当前线程的中断状态。
如果指定的等待时间过期，则返回false值。如果时间小于或等于0，则该方法根本不会等待。
- 使用的是 AQS 的 tryAcquireSharedNanos 方法
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获得锁时，state 的值不会发生变化，像 ReentrantLock 在获得锁时，会把 state + 1，但 CountDownLatch 不会
4 countDown
降低锁存器的计数，如果计数为 0，则释放所有等待的线程。
如果当前计数大于零，则递减。如果新计数为零，那么所有等待的线程都将重新启用，以便进行线程调度。
如果当前计数等于0，则什么也不会发生。
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releaseShared 已经完全实现在 AQS
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主要分成两步：
- 尝试释放锁（tryReleaseShared），锁释放失败直接返回，释放成功走 2，本步由 Sync 实现
- 释放当前节点的后置等待节点，该步 AQS 已经完全实现
tryReleaseShared
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对 state 进行递减，直到 state 变成 0；当 state 递减为 0 时，才返回 true。
总结
研究完 CountDownLatch 的源码，可知其底层结构仍然依赖了 AQS，对其线程所封装的结点是采用共享模式，而 ReentrantLock 是采用独占模式。可以仔细对比差异，深入理解研究。
