JAVA多线程之CountDownLatch与join的区别

首先，我们来看一个应用场景1：

假设一条流水线上有三个工作者：worker0，worker1，worker2。有一个任务的完成需要他们三者协作完成，worker2可以开始这个任务的前提是worker0和worker1完成了他们的工作，而worker0和worker1是可以并行他们各自的工作的。

如果我们要编码模拟上面的场景的话，我们大概很容易就会想到可以用join来做。当在当前线程中调用某个线程 thread 的 join() 方法时，当前线程就会阻塞，直到thread 执行完成，当前线程才可以继续往下执行。补充下：join的工作原理是，不停检查thread是否存活，如果存活则让当前线程永远wait，直到thread线程终止，线程的this.notifyAll 就会被调用。

我们首先用join来模拟这个场景：

Worker类如下：

1. package com.concurrent.test3;
2. /**
3. * 工作者类
4. * @author ThinkPad
5. *
6. */
7. public class Worker extends Thread {
8. //工作者名
9. private String name;
10. //工作时间
11. private long time;
12. public Worker(String name, long time) {
13. this.name = name;
14. this.time = time;
15. }
16. @Override
17. public void run() {
18. // TODO 自动生成的方法存根
19. try {
20. System.out.println(name+"开始工作");
21. Thread.sleep(time);
22. System.out.println(name+"工作完成，耗费时间="+time);
23. } catch (InterruptedException e) {
24. // TODO 自动生成的 catch 块
25. e.printStackTrace();
26. }
27. }
28. }

Test类如下：

1. package com.concurrent.test3;
2. public class Test {
3. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
4. // TODO 自动生成的方法存根
5. Worker worker0 = new Worker("worker0", (long) (Math.random()*2000+3000));
6. Worker worker1 = new Worker("worker1", (long) (Math.random()*2000+3000));
7. Worker worker2 = new Worker("worker2", (long) (Math.random()*2000+3000));
8. worker0.start();
9. worker1.start();
10. worker0.join();
11. worker1.join();
12. System.out.println("准备工作就绪");
13. worker2.start();
14. }
15. }

运行test，观察控制台输出的顺序，我们发现这样可以满足需求，worker2确实是等worker0和worker1完成之后才开始工作的：

worker1开始工作
worker0开始工作
worker1工作完成，耗费时间=3947
worker0工作完成，耗费时间=4738
准备工作就绪
worker2开始工作
worker2工作完成，耗费时间=4513

除了用join外，用CountDownLatch 也可以完成这个需求。需要对worker做一点修改，我把它放在另一个包下：

Worker:

1. package com.concurrent.test4;
2. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
3. /**
4. * 工作者类
5. * @author ThinkPad
6. *
7. */
8. public class Worker extends Thread {
9. //工作者名
10. private String name;
11. //工作时间
12. private long time;
13. private CountDownLatch countDownLatch;
14. public Worker(String name, long time, CountDownLatch countDownLatch) {
15. this.name = name;
16. this.time = time;
17. this.countDownLatch = countDownLatch;
18. }
19. @Override
20. public void run() {
21. // TODO 自动生成的方法存根
22. try {
23. System.out.println(name+"开始工作");
24. Thread.sleep(time);
25. System.out.println(name+"工作完成，耗费时间="+time);
26. countDownLatch.countDown();
27. System.out.println("countDownLatch.getCount()="+countDownLatch.getCount());
28. } catch (InterruptedException e) {
29. // TODO 自动生成的 catch 块
30. e.printStackTrace();
31. }
32. }
33. }

Test:

　　package com.concurrent.test4;

1. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
2. public class Test {
3. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
4. // TODO 自动生成的方法存根
5. CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
6. Worker worker0 = new Worker("worker0", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);
7. Worker worker1 = new Worker("worker1", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);
8. Worker worker2 = new Worker("worker2", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);
9. worker0.start();
10. worker1.start();
11. countDownLatch.await();
12. System.out.println("准备工作就绪");
13. worker2.start();
14. }
15. }

我们创建了一个计数器为2的 CountDownLatch ，让Worker持有这个CountDownLatch 实例，当完成自己的工作后，调用countDownLatch.countDown() 方法将计数器减1。countDownLatch.await() 方法会一直阻塞直到计数器为0，主线程才会继续往下执行。观察运行结果，发现这样也是可以的：

worker1开始工作
worker0开始工作
worker0工作完成，耗费时间=3174
countDownLatch.getCount()=1
worker1工作完成，耗费时间=3870
countDownLatch.getCount()=0
准备工作就绪
worker2开始工作
worker2工作完成，耗费时间=3992
countDownLatch.getCount()=0

那么既然如此，CountDownLatch与join的区别在哪里呢？事实上在这里我们只要考虑另一种场景，就可以很清楚地看到它们的不同了。

应用场景2：

假设worker的工作可以分为两个阶段，work2 只需要等待work0和work1完成他们各自工作的第一个阶段之后就可以开始自己的工作了，而不是场景1中的必须等待work0和work1把他们的工作全部完成之后才能开始。

试想下，在这种情况下，join是没办法实现这个场景的，而CountDownLatch却可以，因为它持有一个计数器，只要计数器为0，那么主线程就可以结束阻塞往下执行。我们可以在worker0和worker1完成第一阶段工作之后就把计数器减1即可，这样worker0和worker1在完成第一阶段工作之后，worker2就可以开始工作了。

worker:

1. package com.concurrent.test5;
2. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
3. /**
4. * 工作者类
5. * @author ThinkPad
6. *
7. */
8. public class Worker extends Thread {
9. //工作者名
10. private String name;
11. //第一阶段工作时间
12. private long time;
13. private CountDownLatch countDownLatch;
14. public Worker(String name, long time, CountDownLatch countDownLatch) {
15. this.name = name;
16. this.time = time;
17. this.countDownLatch = countDownLatch;
18. }
19. @Override
20. public void run() {
21. // TODO 自动生成的方法存根
22. try {
23. System.out.println(name+"开始工作");
24. Thread.sleep(time);
25. System.out.println(name+"第一阶段工作完成");
26. countDownLatch.countDown();
27. Thread.sleep(2000); //这里就姑且假设第二阶段工作都是要2秒完成
28. System.out.println(name+"第二阶段工作完成");
29. System.out.println(name+"工作完成，耗费时间="+(time+2000));
30. } catch (InterruptedException e) {
31. // TODO 自动生成的 catch 块
32. e.printStackTrace();
33. }
34. }
35. }

Test：

1. package com.concurrent.test5;
2. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
3. public class Test {
4. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
5. // TODO 自动生成的方法存根
6. CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
7. Worker worker0 = new Worker("worker0", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);
8. Worker worker1 = new Worker("worker1", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);
9. Worker worker2 = new Worker("worker2", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);
10. worker0.start();
11. worker1.start();
12. countDownLatch.await();
13. System.out.println("准备工作就绪");
14. worker2.start();
15. }
16. }

观察控制台打印顺序，可以发现这种方法是可以模拟场景2的：

worker0开始工作
worker1开始工作
worker1第一阶段工作完成
worker0第一阶段工作完成
准备工作就绪
worker2开始工作
worker1第二阶段工作完成
worker1工作完成，耗费时间=5521
worker0第二阶段工作完成
worker0工作完成，耗费时间=6147
worker2第一阶段工作完成
worker2第二阶段工作完成
worker2工作完成，耗费时间=5384

最后，总结下CountDownLatch与join的区别：调用thread.join() 方法必须等thread 执行完毕，当前线程才能继续往下执行，而CountDownLatch通过计数器提供了更灵活的控制，只要检测到计数器为0当前线程就可以往下执行而不用管相应的thread是否执行完毕。

参考：http://stackoverflow.com/questions/21808814/whats-the-difference-between-cyclicbarrier-countdownlatch-and-join-in-java