2018-05-29

线程同步工具类CountDownLatch

1、CountDownLatch的作用
2、CountDownLatch使用规则
3、CountDownLatch的Demo
4、CountDownLatch原理 (待补充)
5、CountDownLatch的实现（待补充）

1、CountDownLatch的作用

在JDK 5 以后sun公司引入了大量设计来解决并发的问题，学习使用这些类，我们可以更加自如的创建简单而健壮的并发程序，CountDownLatch类是用来同步一个或者多个任务的工具类，强制它们等待由其他任务执行的一组操作。

例如，现在有这样的一个需求，为了程序的快速运行，我们把一个程序分为三部分，分别是初始化、数据拉取、显示数据。初始化操作和数据拉取操作不会冲突，可以说这两个操作完全不相关，但是显示数据必须要在上面两个任务完成以后才可以继续。如果把这三个操作至于不同的线程，那么如果不对线程的同步加以控制的话，必将大乱，这个时候我们就可以先对CountDownLatct初始计数器为2，然后让初始化操作和数据拉取操作开始运行，然后在结束的时候调用countDown方法，然后显示操作在run开始的时候使用awit进行等待，直到计数器归0，显示操作开始执行，而这个时候上述两个操作都已经执行完毕。

2、CountDownLatch的使用规则

我们可以向CountDownLatch对象设置一个初始计数值，任何在CountDownLatch对象上调用wait的方法都将被阻塞，直到这个计数器达到0。其他任务在结束其工作时，可以在该对象上调用countDown（）来减少这个计数器。CountDownLatch被设计为只触发一次，计数器不能被重置。

调用countDown的任务在产生这个调用时并没有被阻塞，只有对await的调用会产生阻塞，直到计数器达到0为止。

CountDownLatch的典型用法是将一个程序分为n个互相独立的可以解决的任务，并创建值为0的CountDownLatch。当每个任务完成时，都会在这个锁存器上调用countDown。等待问题被解决的任务在这个锁存器上面调用await，将它们自己揽住，直至锁存器计数结束，下面通过一个例子来演示该框架应该如何应用。

个人理解：CountDownLatch:我把他理解成倒计时锁
场景还原：一年级期末考试要开始了，监考老师发下去试卷，然后坐在讲台旁边玩着手机等待着学生答题，有的学生提前交了试卷，并约起打球了，等到最后一个学生交卷了，老师开始整理试卷，贴封条，下班，陪老婆孩子去了。
补充场景：我们在玩LOL英雄联盟时会出现十个人不同加载状态，但是最后一个人由于各种原因始终加载不了100%，于是游戏系统自动等待所有玩家的状态都准备好，才展现游戏画面。

3、CountDownLatch的Demo


/**
 * 演示CountDownLatch的使用
 * @author pengchengliu
 *
 */
public class TestCountDownLatch {
 	static final int SIZE = 10 ;
 	public static void main(String[] args) {
 		ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
 		CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(SIZE);
 		for (int i = 0; i < 10; i++) {
 			exec.execute(new WaitingTask(countDownLatch));
 		}
 		for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
 			exec.execute(new TaskProtion(countDownLatch));
 		}
 		System.out.println("Launch all task");
 		exec.shutdown();
 	}
}
class TaskProtion implements Runnable {
 	private static int sCounter = 0 ;
 	private final int id = sCounter ++ ;
 	private static Random sRandom = new Random(47) ;
 	private final CountDownLatch mLatch ;
 	
 	public TaskProtion(CountDownLatch latch) {
 		this.mLatch = latch ;
 	}
 	
 	@Override
 	public void run() {
 		try {
 			doWork();
 			mLatch.countDown();
 		} catch (InterruptedException e) {
 			System.out.println("TaskProtion is exiting form intrrupt");
 		}
 	}
 	
 	public void doWork() throws InterruptedException {
 		TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(sRandom.nextInt(2000));
 		System.out.println(this + " completed");
 	}
 	
 	@Override
 	public String toString() {
 		return String.format("%1$-3d", id);
 	}
}
class WaitingTask implements Runnable {
 	private static int sCounter = 0 ;
 	private final int id = sCounter ++ ;
 	private final CountDownLatch mLatch ;
 	
 	public WaitingTask (CountDownLatch latch) {
 		this.mLatch = latch ;
 	}
 	
 	@Override
 	public void run() {
 		try {
 			this.mLatch.await();
 			System.out.println("Latch barrier passed for " + this);
 		} catch (InterruptedException e) {
 			System.out.println(this + " interrupted");
 		}
 	}
 	
 	@Override
 	public String toString() {
 		return String.format("WaitingTask %1$-3d", id);
 	}
}
Launch all task
2   completed
8   completed
6   completed
5   completed
3   completed
9   completed
4   completed
0   completed
7   completed
1   completed
Latch barrier passed for WaitingTask 3  
Latch barrier passed for WaitingTask 6  
Latch barrier passed for WaitingTask 0  
Latch barrier passed for WaitingTask 1  
Latch barrier passed for WaitingTask 8  
Latch barrier passed for WaitingTask 9  
Latch barrier passed for WaitingTask 7  
Latch barrier passed for WaitingTask 2  
Latch barrier passed for WaitingTask 4  
Latch barrier passed for WaitingTask 5

通过上述的任务输出，我们不难看出，我们将我们的任务很整齐的进行了先后顺序的控制，让我们程序当中有预支条件的任务可以在预支条件之后进行运行。这里就是通过CountDownLatch的锁存器当中的计数器来控制的。这里需要注意的两点就是，

CountDownLatch这个类当中的计数器的初始值，只能被初始化一次，不能初始化第二次，
在使用的时候，必须多个对象同步同一个CountDownLatch这个类。

我们可以尝试将上述代码当中的CountDownLatch相关操作去除，我们再来看一下运行结果，

Launch all task
Latch barrier passed for WaitingTask 9  
Latch barrier passed for WaitingTask 1  
Latch barrier passed for WaitingTask 2  
Latch barrier passed for WaitingTask 8  
Latch barrier passed for WaitingTask 5  
9   completed
2   completed
Latch barrier passed for WaitingTask 6  
5   completed
8   completed
3   completed
Latch barrier passed for WaitingTask 3  
1   completed
6   completed
Latch barrier passed for WaitingTask 4  
7   completed
Latch barrier passed for WaitingTask 7  
Latch barrier passed for WaitingTask 0  
0   completed
4   completed

很明显结果杂乱无章，没有任何规律可言，到这里大家应该明白了CountDownLatch类的使用了吧。