简介
CountDownLatch中count down是倒数的意思，latch则是门闩的含义。整体含义可以理解为倒数的门栓，似乎有一点“三二一，芝麻开门”的感觉。CountDownLatch的作用也是如此，在构造CountDownLatch的时候需要传入一个整数n，在这个整数“倒数”到0之前，主线程需要等待在门口，而这个“倒数”过程则是由各个执行线程驱动的，每个线程执行完一个任务“倒数”一次。总结来说，CountDownLatch的作用就是等待其他的线程都执行完任务，必要时可以对各个任务的执行结果进行汇总，然后主线程才继续往下执行
JDK对于类的的说明
/**
* A synchronization aid that allows one or more threads to wait until
* a set of operations being performed in other threads completes.
*
* <p>A {@code CountDownLatch} is initialized with a given <em>count</em>.
* The { #await await} methods block until the current count reaches
* zero due to invocations of the { #countDown} method, after which
* all waiting threads are released and any subsequent invocations of
* { #await await} return immediately. This is a one-shot phenomenon
* -- the count cannot be reset. If you need a version that resets the
* count, consider using a {CyclicBarrier}.
*
* A {@code CountDownLatch} initialized to <em>N</em>
* can be used to make one thread wait until <em>N</em> threads have
* completed some action, or some action has been completed N times.
*
* <p>A useful property of a {@code CountDownLatch} is that it
* doesn't require that threads calling {@code countDown} wait for
* the count to reach zero before proceeding, it simply prevents any
* thread from proceeding past an { #await await} until all
* threads could pass.
*
* <p>Another typical usage would be to divide a problem into N parts,
* describe each part with a Runnable that executes that portion and
* counts down on the latch, and queue all the Runnables to an
* Executor. When all sub-parts are complete, the coordinating thread
* will be able to pass through await. (When threads must repeatedly
* count down in this way, instead use a {CyclicBarrier}.)
*
* <p>Memory consistency effects: Until the count reaches
* zero, actions in a thread prior to calling
* {@code countDown()}
* <a href="package-summary.html#MemoryVisibility"><i>happen-before</i></a>
* actions following a successful return from a corresponding
* {@code await()} in another thread.
**/
内部类
/*
* Synchronization control for CountDownLatch
* Use AQS state to represent count
*/
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
Sync(int count) {
setState(count);
}
int getCount() { return getState(); }
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return getState() == 0 ? 1: -1;
}
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
//Decrement count; signal when transition to 0
for(;;) {
int c = getState();
if(c == 0)
return false;
int nextc = c - 1;
if(compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
这里tryReleaseShared(int)方法即对state属性进行减一操作的代码。可以看到，CAS也即compare and set的缩写，jvm会保证该方法的原子性，其会比较state是否为c，如果是则将其设置为nextc（自减1），如果state不为c，则说明有另外的线程在getState()方法和compareAndSetState()方法调用之间对state进行了设置，当前线程也就没有成功设置state属性的值，其会进入下一次循环中，如此往复，直至其成功设置state属性的值，即countDown()方法调用成功。
在countDown()方法中调用的sync.releaseShared(1)调用时实际还是调用的tryReleaseShared(int)方法，如下是releaseShared(int)方法的实现：
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
可以看到，在执行sync.releaseShared(1)方法时，其在调用tryReleaseShared(int)方法时会在无限for循环中设置state属性的值，设置成功之后其会根据设置的返回值（此时state已经自减了一），即当前线程是否为将state属性设置为0的线程，来判断是否执行if块中的代码。doReleaseShared()方法主要作用是唤醒调用了await()方法的线程。需要注意的是，如果有多个线程调用了await()方法，这些线程都是以共享的方式等待在await()方法处的，试想，如果以独占的方式等待，那么当计数器减少至零时，就只有一个线程会被唤醒执行await()之后的代码，这显然不符合逻辑。如下是doReleaseShared()方法的实现代码：
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head; // 记录等待队列中的头结点的线程
if (h != null && h != tail) { // 头结点不为空，且头结点不等于尾节点
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) { // SIGNAL状态表示当前节点正在等待被唤醒
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) // 清除当前节点的等待状态
continue;
unparkSuccessor(h); // 唤醒当前节点的下一个节点
} else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;
}
if (h == head) // 如果h还是指向头结点，说明前面这段代码执行过程中没有其他线程对头结点进行过处理
break;
}
}
在doReleaseShared()方法中（始终注意当前方法是最后一个执行countDown()方法的线程执行的），首先判断头结点不为空，且不为尾节点，说明等待队列中有等待唤醒的线程，这里需要说明的是，在等待队列中，头节点中并没有保存正在等待的线程，其只是一个空的Node对象，真正等待的线程是从头节点的下一个节点开始存放的，因而会有对头结点是否等于尾节点的判断。在判断等待队列中有正在等待的线程之后，其会清除头结点的状态信息，并且调用unparkSuccessor(Node)方法唤醒头结点的下一个节点，使其继续往下执行。如下是unparkSuccessor(Node)方法的具体实现：
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 清除当前节点的等待状态
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) { // s的等待状态大于0说明该节点中的线程已经被外部取消等待了
s = null;
// 从队列尾部往前遍历，找到最后一个处于等待状态的节点，用s记录下来
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread); // 唤醒离传入节点最近的处于等待状态的节点线程
}
可以看到，unparkSuccessor(Node)方法的作用是唤醒离传入节点最近的一个处于等待状态的线程，使其继续往下执行。前面我们讲到过，等待队列中的线程可能有多个，而调用countDown()方法的线程只唤醒了一个处于等待状态的线程，这里剩下的等待线程是如何被唤醒的呢？其实这些线程是被当前唤醒的线程唤醒的。
成员变量
private final Sync sync;
构造方法
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
基本方法
await()
/*
* Causes the current thread to wait until the latch has counted down to
* zero, unless the thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
*
* <p>If the current count is zero then this method returns immediately.
*
* <p>If the current count is greater than zero then the current
* thread becomes disabled for thread scheduling purposes and lies
* dormant until one of two things happen:
* <ul>
* <li>The count reaches zero due to invocations of the
* {@link #countDown} method; or
* <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
* the current thread.
*/
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
/*
* Causes the current thread to wait until the latch has counted down to
* zero, unless the thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted},
* or the specified waiting time elapses.
*
* <p>If the current count is zero then this method returns immediately
* with the value {@code true}.
*
* <p>If the current count is greater than zero then the current
* thread becomes disabled for thread scheduling purposes and lies
* dormant until one of three things happen:
* <ul>
* <li>The count reaches zero due to invocations of the
* {@link #countDown} method; or
* <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
* the current thread; or
* <li>The specified waiting time elapses.
* </ul>
*/
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
await()方法实际还是调用了Sync对象的方法acquireSharedInterruptibly(int)方法，如下是该方法的具体实现：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
可以看到acquireSharedInterruptibly(int)方法判断当前线程是否需要以共享状态获取执行权限，这里tryAcquireShared(int)方法是AbstractQueuedSynchronizer中的一个模板方法，其具体实现在前面的Sync类中，可以看到，其主要是判断state是否为零，如果为零则返回1，表示当前线程不需要进行权限获取，可直接执行后续代码，返回-1则表示当前线程需要进行共享权限。具体的获取执行权限的代码在doAcquireSharedInterruptibly(int)方法中，如下是该方法的具体实现：
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED); // 使用当前线程创建一个共享模式的节点
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor(); // 获取当前节点的前一个节点
if (p == head) { // 判断前一个节点是否为头结点
int r = tryAcquireShared(arg); // 查看当前线程是否获取到了执行权限
if (r >= 0) { // 大于0表示获取了执行权限
setHeadAndPropagate(node, r); // 将当前节点设置为头结点，并且唤醒后面处于等待状态的节点
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
// 走到这一步说明没有获取到执行权限，就使当前线程进入“搁置”状态
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
在doAcquireSharedInterruptibly(int)方法中，首先使用当前线程创建一个共享模式的节点。然后在一个for循环中判断当前线程是否获取到执行权限，如果有（r >= 0判断）则将当前节点设置为头节点，并且唤醒后续处于共享模式的节点；如果没有，则对调用shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node)和parkAndCheckInterrupt()方法使当前线程处于“搁置”状态，该“搁置”状态是由操作系统进行的，这样可以避免该线程无限循环而获取不到执行权限，造成资源浪费，这里也就是线程处于等待状态的位置，也就是说当线程被阻塞的时候就是阻塞在这个位置。当有多个线程调用await()方法而进入等待状态时，这几个线程都将等待在此处。这里回过头来看前面将的countDown()方法，其会唤醒处于等待队列中离头节点最近的一个处于等待状态的线程，也就是说该线程被唤醒之后会继续从这个位置开始往下执行，此时执行到tryAcquireShared(int)方法时，发现r大于0（因为state已经被置为0了），该线程就会调用setHeadAndPropagate(Node, int)方法，并且退出当前循环，也就开始执行awat()方法之后的代码。这里我们看看setHeadAndPropagate(Node, int)方法的具体实现：
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head;
setHead(node); // 将当前节点设置为头节点
// 检查唤醒过程是否需要往下传递，并且检查头结点的等待状态
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared()) // 如果下一个节点是尝试以共享状态获取获取执行权限的节点，则将其唤醒
doReleaseShared();
}
}
setHeadAndPropagate(Node, int)方法主要作用是设置当前节点为头结点，并且将唤醒工作往下传递，在传递的过程中，其会判断被传递的节点是否是以共享模式尝试获取执行权限的，如果不是，则传递到该节点处为止（一般情况下，等待队列中都只会都是处于共享模式或者处于独占模式的节点）。也就是说，头结点会依次唤醒后续处于共享状态的节点，这也就是共享锁与独占锁的实现方式。这里doReleaseShared()方法也就是我们前面讲到的会将离头结点最近的一个处于等待状态的节点唤醒的方法。
countDown()
/**
* Decrements the count of the latch, releasing all waiting threads if
* the count reaches zero.
*
* <p>If the current count is greater than zero then it is decremented.
* If the new count is zero then all waiting threads are re-enabled for
* thread scheduling purposes.
*
* <p>If the current count equals zero then nothing happens.
*/
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
getCount()
//This method is typically used for debugging and testing purposes.
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
toString()
public String toString() {
return super.toString() + "[Count = " + sync.getCount() + " ]";
}
作者：爱宝贝丶
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来源：简书
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