CountDownLatch源码解析

发布时间: 2024-01-10 14:23:07 阅读量: 23 订阅数: 15
# 1. 引言 ### 1.1 简介 CountDownLatch是Java并发包中的一个实用工具类,用于实现线程的等待和同步操作。它可以让某个线程等待其他线程执行完毕后再继续执行,起到线程协作的作用。 ### 1.2 作用和特点 CountDownLatch的主要作用是帮助线程在一组并发任务完成之前进行等待,然后再继续执行。它的特点可以总结为以下几点: - 可以控制线程的执行顺序,实现线程间的协作。 - 可以实现线程的等待和同步操作。 - 可以设置等待的超时时间,防止无限等待。 - 简单易用,适用于各种场景。 在接下来的章节中,我们将深入了解CountDownLatch的基本使用、底层实现原理、常见应用场景、注意事项和使用技巧,以及与其他同类工具的比较。让我们开始吧! # 2. CountDownLatch的基本使用 CountDownLatch是一个在多线程环境下非常常用的工具类,用于控制线程的执行顺序。它可以让一个或多个线程等待其他线程完成操作后再执行,具有非常强大的功能。 #### 2.1 变量初始化 在使用CountDownLatch时,首先需要创建一个CountDownLatch对象,并指定初始计数值。这个计数值代表了需要等待完成的线程数量。 在Java中,可以这样初始化一个CountDownLatch: ```java import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class Main { public static void main(String[] args) { int threadCount = 3; CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount); // 其他线程的逻辑... } } ``` 在这个例子中,我们初始化了一个CountDownLatch对象`latch`,并将初始计数值设置为3。 #### 2.2 等待线程 接下来,在需要等待的线程中,可以调用`await()`方法来阻塞当前线程,直至CountDownLatch计数值为0。 ```java public class Worker implements Runnable { private CountDownLatch latch; public Worker(CountDownLatch latch) { this.latch = latch; } public void run() { try { // 模拟线程执行任务的耗时 Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("任务执行完成"); latch.countDown(); // 完成任务,计数减一 } } public class Main { public static void main(String[] args) { int threadCount = 3; CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount); for (int i = 0; i < threadCount; i++) { Thread workerThread = new Thread(new Worker(latch)); workerThread.start(); } // 等待所有任务执行完成 try { latch.await(); System.out.println("所有任务执行完成"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } ``` 在这个例子中,我们创建了3个Worker线程,它们会分别执行任务,并在任务完成后调用`countDown()`方法对CountDownLatch的计数进行减一。在主线程中,我们调用了`latch.await()`来等待所有任务执行完成。 #### 2.3 完成信号 CountDownLatch还可以通过`countDown()`方法来发出完成信号,表示已经完成了一定的任务,这样等待中的线程就可以继续执行。 综上所述,CountDownLatch的基本使用涵盖了初始化、等待线程和完成信号的相关操作。 # 3. CountDownLatch的底层实现原理 在了解CountDownLatch的底层实现原理之前,我们先来介绍一下AQS(AbstractQueuedSynchronizer)。 #### 3.1 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)介绍 AQS是Java中用于实现各种同步器的基础框架。它提供了一套强大的原子操作和线程阻塞/唤醒机制,可以方便地构建各种高性能的并发工具。 AQS的核心思想是利用一个int类型的volatile变量state来表示同步状态,通过CAS(Compare and Set)操作来实现对state的原子更新。并且通过一个FIFO队列来管理阻塞的线程,确保线程获取同步状态的顺序。 #### 3.2 CountDownLatch源码解析 CountDownLatch的底层实现就是基于AQS来完成的。实际上,CountDownLatch内部持有一个AQS的实例,默认继承了同步器的所有方法。 CountDownLatch的构造函数会初始化一个给定的state值,表示需要等待的线程数量。当调用await方法时,当前线程会尝试获取同步状态,如果state不为0,则会进入阻塞状态;而当调用countDown方法时,会对state进行减1操作,并唤醒阻塞的线程。 下面是CountDownLatch的简化版源码: ```java public class CountDownLatch { private final Sync sync; public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0"); sync = new Sync(count); } public void await() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); } public void countDown() { sync.releaseShared(1); } private static final class ```
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李_涛

知名公司架构师
拥有多年在大型科技公司的工作经验,曾在多个大厂担任技术主管和架构师一职。擅长设计和开发高效稳定的后端系统,熟练掌握多种后端开发语言和框架,包括Java、Python、Spring、Django等。精通关系型数据库和NoSQL数据库的设计和优化,能够有效地处理海量数据和复杂查询。
专栏简介
本专栏从Java并发编程的角度,围绕AQS(AbstractQueuedSynchronizer)源码展开,深入探讨了其内部实现原理及相关类库的源码解析。首先介绍了AQS的概念及作用,从理解AQS的角度出发,分析了其内部实现中涉及的原子操作、FIFO队列、状态管理等核心内容,为读者打下坚实的理论基础。接着,通过对ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、FutureTask等类库源码的解析,进一步深入讨论了AQS的具体应用场景及实现细节。同时,还对线程池原理、ConcurrentSkipListMap、ForkJoinPool、LockSupport、AtomicInteger、StampedLock、Phaser等相关主题进行了源码解析,为读者呈现了一幅全面而深入的并发编程知识图景。通过本专栏的学习,读者将深刻理解Java并发编程中AQS的核心作用与原理,从而能够更加灵活地应用于实际开发中,提高多线程编程水平。
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