CountDownLatch源码解析

# 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：

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。

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：

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