【Java并发编程实战】-----“J.U.C”:CountDownlatch

王朝学院·作者佚名  2016-08-27
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上篇博文(【java并发编程实战】-----“J.U.C”:CyclicBarrier)LZ介绍了CyclicBarrier。CyclicBarrier所描述的是“允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点,才会进行后续任务”。而CountDownlatch和它也有一点点相似之处:CountDownlatch所描述的是“在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待”。在JDK API中是这样阐述的:

用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法,所以在当前计数到达零之前,await 方法会一直受阻塞。之后,会释放所有等待的线程,await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数,请考虑使用 CyclicBarrier。

CountDownLatch 是一个通用同步工具,它有很多用途。将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器,或入口:在通过调用 countDown() 的线程打开入口前,所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待,或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。

CountDownLatch 的一个有用特性是,它不要求调用 countDown 方法的线程等到计数到达零时才继续,而在所有线程都能通过之前,它只是阻止任何线程继续通过一个 await。

虽然,CountDownlatch与CyclicBarrier有那么点相似,但是他们还是存在一些区别的:

1、CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行;而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待。

2、 CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用,因此它被称为是循环的barrier。

CountDownLatch分析CountDownLatch结构如下:

从上图中可以看出CountDownLatch依赖Sync,其实CountDownLatch内部采用的是共享锁来实现的(内部Sync的实现可以看出)。它的构造函数如下:

CountDownLatch(int count):构造一个用给定计数初始化的 CountDownLatch。

publicCountDownLatch(intcount) {if(count < 0)thrownewIllegalArgumentException("count < 0");this.sync =newSync(count);

}

以下源代码可以证明,CountDownLatch内部是采用共享锁来实现的:

PRivatestaticfinalclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer {privatestaticfinallongserialVersionUID = 4982264981922014374L;protectedinttryAcquireShared(intacquires) {/**省略源代码 **/}protectedbooleantryReleaseShared(intreleases) {/**省略源代码 **/}

}

CountDownLatch提供了await方法来实现:

await():使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待,除非线程被中断。

await(long timeout, TimeUnit unit): 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待,除非线程被中断或超出了指定的等待时间。

publicvoidawait()throwsInterruptedException {

sync.acquireSharedInterruptibly(1);

}

await内部调用sync的acquireSharedInterruptibly方法:

publicfinalvoidacquireSharedInterruptibly(intarg)throwsInterruptedException {//线程中断,抛出InterruptedException异常if(Thread.interrupted())thrownewInterruptedException();if(tryAcquireShared(arg) < 0)

doAcquireSharedInterruptibly(arg);

}

acquireSharedInterruptibly()的作用是获取共享锁。如果在获取共享锁过程中线程中断则抛出InterruptedException异常。否则通过tryAcquireShared方法来尝试获取共享锁。如果成功直接返回,否则调用doAcquireSharedInterruptibly方法。

tryAcquireShared源码:

protectedinttryAcquireShared(intacquires) {return(getState() == 0) ? 1 : -1;

}

tryAcquireShared方法被CountDownLatch重写,他的主要作用是尝试着获取锁。getState == 0 表示锁处于可获取状态返回1否则返回-1;当tryAcquireShared返回-1获取锁失败,调用doAcquireSharedInterruptibly获取锁:

privatevoiddoAcquireSharedInterruptibly(intarg)throwsInterruptedException {//创建当前线程(共享锁)Node节点finalNode node =addWaiter(Node.SHARED);booleanfailed =true;try{for(;;) {//获取当前节点的前继节点finalNode p =node.predecessor();//如果当前节点为CLH列头,则尝试获取锁if(p ==head) {//获取锁intr =tryAcquireShared(arg);if(r >= 0) {

setHeadAndPropagate(node, r);

p.next=null;//help GCfailed =false;return;

}

}//如果当前节点不是CLH列头,当前线程一直等待,直到获取锁为止if(shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())thrownewInterruptedException();

}

}finally{if(failed)

cancelAcquire(node);

}

}

该方法当中的方法,前面博客都讲述过,请参考:【Java并发编程实战】-----“J.U.C”:ReentrantLock之二lock方法分析、【Java并发编程实战】-----“J.U.C”:Semaphore。

CountDownLatch,除了提供await方法外,还提供了countDown(),countDown所描述的是“递减锁存器的计数,如果计数到达零,则释放所有等待的线程。”,源码如下:

publicvoidcountDown() {

sync.releaseShared(1);

}

countDown内部调用releaseShared方法来释放线程:

publicfinalbooleanreleaseShared(intarg) {//尝试释放线程,如果释放释放则调用doReleaseShared()if(tryReleaseShared(arg)) {

doReleaseShared();returntrue;

}returnfalse;

}

tryReleaseShared,同时被CountDownLatch重写了:

protectedbooleantryReleaseShared(intreleases) {for(;;) {//获取锁状态intc =getState();//c == 0 直接返回,释放锁成功if(c == 0)returnfalse;//计算新“锁计数器”intnextc = c-1;//更新锁状态(计数器)if(compareAndSetState(c, nextc))returnnextc == 0;

}

}

总结:

CountDownLatch内部通过“共享锁”实现。在创建CountDownLatch时,需要传递一个int类型的count参数,该count参数为“锁状态”的初始值,该值表示着该“共享锁”可以同时被多少线程获取。当某个线程调用await方法时,首先判断锁的状态是否处于可获取状态(其条件就是count==0?),如果共享锁可获取则获取共享锁,否则一直处于等待直到获取为止。当线程调用countDown方法时,计数器count – 1。当在创建CountDownLatch时初始化的count参数,必须要有count线程调用countDown方法才会使计数器count等于0,锁才会释放,前面等待的线程才会继续运行。

实例员工开会只有当所有人到期之后才会开户。我们初始化与会人员为3个,那么CountDownLatch的count应为3:

publicclassConferenceimplementsRunnable{privatefinalCountDownLatch countDown;publicConference(intcount){

countDown=newCountDownLatch(count);

}/*** 与会人员到达,调用arrive方法,到达一个CountDownLatch调用countDown方法,锁计数器-1

*@author:chenssy

* @data:2015年9月6日

*

*@paramname*/publicvoidarrive(String name){

System.out.println(name+ "到达.....");//调用countDown()锁计数器 - 1countDown.countDown();

System.out.println("还有 " + countDown.getCount() + "没有到达...");

}

@Overridepublicvoidrun() {

System.out.println("准备开会,参加会议人员总数为:" +countDown.getCount());//调用await()等待所有的与会人员到达try{

countDown.await();

}catch(InterruptedException e) {

}

System.out.println("所有人员已经到达,会议开始.....");

}

}

参加与会人员Participater:

publicclassParticipaterimplementsRunnable{privateString name;privateConference conference;publicParticipater(String name,Conference conference){this.name =name;this.conference =conference;

}

@Overridepublicvoidrun() {

conference.arrive(name);

}

}

Test:

publicclassTest {publicstaticvoidmain(String[] args) {//启动会议室线程,等待与会人员参加会议Conference conference =newConference(3);newThread(conference).start();for(inti = 0 ; i < 3 ; i++){

Participater participater=newParticipater("chenssy-0" +i , conference);

Thread thread=newThread(participater);

thread.start();

}

}

}

运行结果:

准备开会,参加会议人员总数为:3chenssy-01到达.....

还有 2没有到达...

chenssy-00到达.....

还有 1没有到达...

chenssy-02到达.....

还有 0没有到达...

所有人员已经到达,会议开始.....

 
 
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