countdownlatch(閉鎖)是一個很有用的工具類，利用它我們可以攔截一個或多個線程使其在某個條件成熟后再執行。它的內部提供了一個計數器，在構造閉鎖時必須指定計數器的初始值，且計數器的初始值必須大于0。另外它還提供了一個countdown方法來操作計數器的值，每調用一次countdown方法計數器都會減1，直到計數器的值減為0時就代表條件已成熟，所有因調用await方法而阻塞的線程都會被喚醒。這就是countdownlatch的內部機制，看起來很簡單，無非就是阻塞一部分線程讓其在達到某個條件之后再執行。但是countdownlatch的應用場景卻比較廣泛，只要你腦洞夠大利用它就可以玩出各種花樣。最常見的一個應用場景是開啟多個線程同時執行某個任務，等到所有任務都執行完再統計匯總結果。下圖動態演示了閉鎖阻塞線程的整個過程。
上圖演示了有5個線程因調用await方法而被阻塞，它們需要等待計數器的值減為0才能繼續執行。計數器的初始值在構造閉鎖時被指定，后面隨著每次countdown方法的調用而減1。下面代碼貼出了countdownlatch的構造方法。
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//構造器public countdownlatch(int count) { if (count < 0) throw new illegalargumentexception("count < 0"); this.sync = new sync(count); } |
countdownlatch只有一個帶參構造器，必須傳入一個大于0的值作為計數器初始值，否則會報錯。可以看到在構造方法中只是去new了一個sync對象并賦值給成員變量sync。和其他同步工具類一樣，countdownlatch的實現依賴于aqs，它是aqs共享模式下的一個應用。countdownlatch實現了一個內部類sync并用它去繼承aqs，這樣就能使用aqs提供的大部分方法了。下面我們就來看一下sync內部類的代碼。
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//同步器private static final class sync extends abstractqueuedsynchronizer { //構造器 sync(int count) { setstate(count); } //獲取當前同步狀態 int getcount() { return getstate(); } //嘗試獲取鎖 //返回負數：表示當前線程獲取失敗 //返回零值：表示當前線程獲取成功, 但是后繼線程不能再獲取了 //返回正數：表示當前線程獲取成功, 并且后繼線程同樣可以獲取成功 protected int tryacquireshared(int acquires) { return (getstate() == 0) ? 1 : -1; } //嘗試釋放鎖 protected boolean tryreleaseshared(int releases) { for (;;) { //獲取同步狀態 int c = getstate(); //如果同步狀態為0, 則不能再釋放了 if (c == 0) { return false; } //否則的話就將同步狀態減1 int nextc = c-1; //使用cas方式更新同步狀態 if (compareandsetstate(c, nextc)) { return nextc == 0; } } }} |
可以看到sync的構造方法會將同步狀態的值設置為傳入的參數值。之后每次調用countdown方法都會將同步狀態的值減1，這也就是計數器的實現原理。在平時使用countdownlatch工具類時最常用的兩個方法就是await方法和countdown方法。調用await方法會阻塞當前線程直到計數器為0，調用countdown方法會將計數器的值減1直到減為0。下面我們來看一下await方法是怎樣調用的。
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//導致當前線程等待, 直到門閂減少到0, 或者線程被打斷public void await() throws interruptedexception { //以響應線程中斷方式獲取 sync.acquiresharedinterruptibly(1);}//以可中斷模式獲取鎖(共享模式)public final void acquiresharedinterruptibly(int arg) throws interruptedexception { //首先判斷線程是否中斷, 如果是則拋出異常 if (thread.interrupted()) { throw new interruptedexception(); } //1.嘗試去獲取鎖 if (tryacquireshared(arg) < 0) { //2. 如果獲取失敗則進人該方法 doacquiresharedinterruptibly(arg); }} |
當線程調用await方法時其實是調用到了aqs的acquiresharedinterruptibly方法，該方法是以響應線程中斷的方式來獲取鎖的，上面同樣貼出了該方法的代碼。我們可以看到在acquiresharedinterruptibly方法首先會去調用tryacquireshared方法嘗試獲取鎖。我們看到sync里面重寫的tryacquireshared方法的邏輯，方法的實現邏輯很簡單，就是判斷當前同步狀態是否為0，如果為0則返回1表明可以獲取鎖，否則返回-1表示不能獲取鎖。如果tryacquireshared方法返回1則線程能夠不必等待而繼續執行，如果返回-1那么后續就會去調用doacquiresharedinterruptibly方法讓線程進入到同步隊列里面等待。這就是調用await方法會阻塞當前線程的原理，下面看看countdown方法是怎樣將阻塞的線程喚醒的。
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//減少門閂的方法public void countdown() { sync.releaseshared(1);}//釋放鎖的操作(共享模式)public final boolean releaseshared(int arg) { //1.嘗試去釋放鎖 if (tryreleaseshared(arg)) { //2.如果釋放成功就喚醒其他線程 doreleaseshared(); return true; } return false;} |
可以看到countdown方法里面調用了releaseshared方法，該方法同樣是aqs里面的方法，我們在上面也貼出了它的代碼。releaseshared方法里面首先是調用tryreleaseshared方法嘗試釋放鎖，tryreleaseshared方法在aqs里面是一個抽象方法，它的具體實現邏輯在子類sync類里面，我們在上面貼出的sync類代碼里可以找到該方法。tryreleaseshared方法如果返回true表示釋放成功，返回false表示釋放失敗，只有當將同步狀態減1后該同步狀態恰好為0時才會返回true，其他情況都是返回false。那么當tryreleaseshared返回true之后就會馬上調用doreleaseshared方法去喚醒同步隊列的所有線程。這樣就解釋了為什么最后一次調用countdown方法將計數器減為0后就會喚醒所有被阻塞的線程。countdownlatch基本的原理大致就是這些，下面我們看一個它的使用示例。
應用場景：在玩歡樂斗地主時必須等待三個玩家都到齊才可以進行發牌。
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public class player extends thread { private static int count = 1; private final int id = count++; private countdownlatch latch; public player(countdownlatch latch) { this.latch = latch; } @override public void run() { system.out.println("【玩家" + id + "】已入場"); latch.countdown(); } public static void main(string[] args) throws interruptedexception { countdownlatch latch = new countdownlatch(3); system.out.println("牌局開始, 等待玩家入場..."); new player(latch).start(); new player(latch).start(); new player(latch).start(); latch.await(); system.out.println("玩家已到齊, 開始發牌..."); } } |
運行結果顯示發牌操作一定是在所有玩家都入場后才進行。我們將23行的latch.await()注釋掉，對比下看看結果。
可以看到在注釋掉latch.await()這行之后，就不能保證在所有玩家入場后才開始發牌了。
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