CountDownLatch 的作用、应用场景和实战

2021-04-12 本文已影响0人 wuchao226

CyclicBarrier 的作用、应用场景和实战
 Semaphore 的作用、应用场景和实战

CountDownLatch 概述

CountDownLatch一般用作多线程倒计时计数器，强制它们等待其他一组（CountDownLatch的初始化决定）任务执行完成。

CountDownLatch 这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，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。

CountDownLatch 是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为初始任务的数量。每当完成了一个任务后，计数器的值就会减 1 （CountDownLatch.countDown()方法）。当计数器值到达 0 时，它表示所有的已经完成了任务，然后在闭锁上等待 CountDownLatch.await()方法的线程就可以恢复执行任务。

使用原理

创建 CountDownLatch 并设置计数器值。
启动多线程并且调用 CountDownLatch 实例的 countDown() 方法。
主线程调用 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，count 值为 0，停止阻塞，主线程继续执行。

CountDownLatch 用法

CountDownLatch 类位于 java.util.concurrent 包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用 CountDownLatch 来实现这种功能了。

CountDownLatch 类只提供了一个构造器：

// 参数count为计数值
public CountDownLatch(int count) {
    if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
    this.sync = new Sync(count);
}

下面这3个方法是 CountDownLatch 类中最重要的方法：

 // 调用 await() 方法的线程会被挂起，它会等待直到 count 值为 0 才继续执行
public void await() throws InterruptedException { };  
// 和 await() 类似，若等待 timeout 时长后，count 值还是没有变为 0，不再等待，继续执行
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  
// 会将 count 减 1，直至为 0
public void countDown() { };

CountDownLatch 使用场景

实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为 1 的 CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用一次 countDown() 方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。

开始执行前等待 n 个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有 N 个外部系统已经启动和运行了，例如处理 excel 中多个表单。

同时启动多个线程代码实现：

public class UseCountDownLatch {

    static class TaskThread extends Thread {
        CountDownLatch latch;

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

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            try {
                latch.await();
                System.out.println(getName() + " start " + System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadNum = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

        for(int i = 0; i < threadNum; i++) {
            TaskThread task = new TaskThread(latch);
            task.start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        latch.countDown();
    }
}

代码解释：

设置 CountDownLatch 等待线程数为 1
开启 10 个线程，每个线程都会调用 CountDownLatch 的 await() 方法，这样每个线程都会被阻塞
主线程休眠 1 秒后，调用 CountDownLatch 的 countDown() 方法，调用后就会唤醒所有等待的线程，所有等待的线程就会同时执行

打印结果：

Thread-1 start 1618219648120
Thread-6 start 1618219648120
Thread-5 start 1618219648120
Thread-8 start 1618219648120
Thread-9 start 1618219648120
Thread-7 start 1618219648120
Thread-4 start 1618219648120
Thread-3 start 1618219648120
Thread-0 start 1618219648120
Thread-2 start 1618219648120

基本使用

需求

现在实现主线程等待其他线程的任务完成之后，才继续执行的代码。

代码实现：

public class UseCountDownLatch {

    static class TaskThread extends Thread {
        CountDownLatch latch;

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

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println(getName() + " Task is Done");
                latch.countDown();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadNum = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadNum);
        for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
            TaskThread taskThread = new TaskThread(latch);
            taskThread.start();
        }
        System.out.println("Task Start!");

        latch.await();

        System.out.println("All Task is Done!");
    }
}