概览:

CountDownLatch又称闭锁,其作用是让一个或者多个线程挂起,直到其他的线程执行完后恢复挂起的线程,使其继续执行。内部维护着一个静态内部类Sync,该类继承AbstractQueuedSynchronizer(这个类之前分析过了,参见    深入分析同步工具类之AbstractQueuedSynchronizer),Sync实例维护着state属性,调用await()方法,使当前线程挂起,当一个线程执行完后,调用countDown()方法,state-1,直到state变为0,被挂起的线程恢复执行。

常用的方法:

public CountDownLatch(int count) //构造函数初始化state值,可以理解为需要优先执行的线程数量

public void await() //调用后,所在的线程挂起

public void countDown() //优先执行的线程执行完调用,state-1,当state=0,执行阻塞队列中的线程

使用实例:

主线程和线程池中的一个线程会被挂起,等线程池中的另外5个线程执行完才会被执行

 CountDownLatch latch=new CountDownLatch(5);

        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(6);
for (int i=0;i<5;i++){
service.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(5000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
latch.countDown();
}
});
}
service.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
latch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
latch.await();
System.out.println("主线程");

运行结果:

代码分析:

 1.await()

//线程等待
public void await() throws InterruptedException {
//AQS的实现
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
} public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//尝试获取状态,<0优先执行的线程未执行完,>0已执行完
//Sync子类自己实现
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
//获取AQS的state值,我们调用countDown会改变这个值
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//向队列中添加一个共享节点
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
//该节点的前驱节点
final Node p = node.predecessor();
//前驱是头节点
if (p == head) {
//获取状态值
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
//设置节点为头节点,退出循环
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
//否则当前线程挂起
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}

addWaiter

private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
//第一个节点添加队列时,头节点和尾节点都为空,需要初始化
enq(node);
return node;
} private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
//CAS设置头节点
if (compareAndSetHead(new Node()))
//头节点赋值给tail,此时head和tail指向同一个对象,如果对任何一个对象中的属性做修改,那么2个引用的属性也会跟着变(后面挂起线程的时候会修改waitStatus属性)
tail = head;
} else {
node.prev = t;
//设置尾节点为当前结点,将2个节点串起来,即:node.prev = t;t.next = node;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;//退出循环
}
}
}
}
//注意:这里新生成的head节点并没有后继节点 head.next==null,并且head==node.prev(该node是第一次插入的节点) 这个特性在countDown的时候会使用到

假设线程A和线程B先后调用await()方法,并且tryAcquireShared(int acquires)<0,那么此时线程A、B分别被挂起,线程A和B在挂起时先后调用shouldParkAfterFailedAcquire方法,这样各自前驱节点的waitStatus就会被设置为-1,代表该线程需要执行;同时因为线程A的前驱和head引用同一个对象,

所以head==Node并且其waitStatus都为-1

此时队列的节点如下图:

调用挂起线程的方法:

//挂起线程前先将该节点的前驱节点的waitStatus设为-1,即表示其后继节点代表的线程需要执行,这样上图Node B的前驱Node的waitStatus==-1,
因为Node在初始化的时候和head同引用一个对象,所以head 的waitStatus也为-1
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
* need a signal, but don't park yet. Caller will need to
* retry to make sure it cannot acquire before parking.
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
//挂起前程
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}

此时,若优先执行的线程执行完毕,调用countDown方法,更新state的值,也就是state==0的时候,就会恢复头节点的下一个节点所代表的线程

public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
} protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
//最后一个线程执行完,返回true
return nextc == 0;
}
} private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {//true
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
//恢复后继节点代表的线程
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
private void unparkSuccessor(Node node) { int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); //此时s==null,从尾节点开始找到最前面的节点(Node A),将其恢复
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}

这个时候线程A开始运行,若未发生线程中断,则继续执行循环内的代码,p==head成立,此时获取状态成功,恢复后继节点代表的线程,并退出循环:

        for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
...
} private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
//设置当前结点为头节点
setHead(node); if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) { Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
//恢复后继节点的线程
doReleaseShared();
}
}

最后,线程B运行 获取状态,退出循环,程序结束

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