前言
CountDownLatch是多线程中一个比较重要的概念，它可以使得一个或多个线程等待其他线程执行完毕之后再执行。它内部有一个计数器和一个阻塞队列，每当一个线程调用countDown()方法后，计数器的值减少1。当计数器的值不为0时，调用await()方法的线程将会被加入到阻塞队列，一直阻塞到计数器的值为0。
常用方法
public class CountDownLatch {
//构造一个值为count的计数器
public CountDownLatch(int count);
//阻塞当前线程直到计数器为0
public void await() throws InterruptedException;
//在单位为unit的timeout时间之内阻塞当前线程
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit);
//将计数器的值减1，当计数器的值为0时，阻塞队列内的线程才可以运行
public void countDown();
}
下面给一个简单的示例：
package com.yang.testCountDownLatch;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Main {
private static final int NUM = 3;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(NUM);
for (int i = 0; i < NUM; i++) {
new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行完毕");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
}
latch.await();
System.out.println("主线程运行完毕");
}
}
输出如下：
看得出来，主线程会等到3个子线程执行完毕才会执行。
原理解析
类图
可以看得出来，CountDownLatch里面有一个继承AQS的内部类Sync，其实是AQS来支持CountDownLatch的各项操作的。
CountDownLatch(int count)
new CountDownLatch(int count)用来创建一个AQS同步队列，并将计数器的值赋给了AQS的state。
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
Sync(int count) {
setState(count);
}
}countDown()
countDown()方法会对计数器进行减1的操作，当计数器值为0时，将会唤醒在阻塞队列中等待的所有线程。其内部调用了Sync的releaseShared(1)方法
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
//此时计数器的值为0，唤醒所有被阻塞的线程
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
tryReleaseShared(arg)内部使用了自旋+CAS操将计数器的值减1，当减为0时，方法返回true，将会调用doReleaseShared()方法。对CAS机制不了解的同学，可以先参考我的另外一篇文章浅探CAS实现原理
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
//自旋
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
//此时计数器的值已经为0了，其他线程早就执行完毕了，当前线程也已经再执行了，不需要再次唤醒了
return false;
int nextc = c-1;
//使用CAS机制，将state的值变为state-1
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}doReleaseShared()是AQS中的方法，该方法会唤醒队列中所有被阻塞的线程。
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}这段方法比较难理解，会另外篇幅介绍。这里只要认为该段方法会唤醒所有因调用await()方法而阻塞的线程。
await()
当计数器的值不为0时，该方法会将当前线程加入到阻塞队列中，并把当前线程挂起。
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
同样是委托内部类Sync，调用其acquireSharedInterruptibly()方法
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}接着看Sync内的tryAcquireShared()方法，如果当前计数器的值为0，则返回1，最终将导致await()不会将线程阻塞。如果当前计数器的值不为0，则返回-1。
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}tryAcquireShared方法返回一个负值时，将会调用AQS中的doAcquireSharedInterruptibly()方法，将调用await()方法的线程加入到阻塞队列中，并将此线程挂起。
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//将当前线程构造成一个共享模式的节点，并加入到阻塞队列中
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
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;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}同样，以上的代码位于AQS中，在没有了解AQS结构的情况下去理解上述代码，有些困难，关于AQS源码，会另开篇幅介绍。
使用场景
CountDownLatch的使用场景很广泛，一般用于分头最某些事，再汇总的情景。例如：
数据报表：当前的微服务架构十分流行，大多数项目都会被拆成若干的子服务，那么报表服务在进行统计时，需要向各个服务抽取数据。此时可以创建与服务数相同的线程数，交由线程池处理，每个线程去对应服务中抽取数据，注意需要在finally语句块中进行countDown()操作。主线程调用await()阻塞，直到所有数据抽取成功，最后主线程再进行对数据的过滤组装等，形成直观的报表。
风险评估：客户端的一个同步请求查询用户的风险等级，服务端收到请求后会请求多个子系统获取数据，然后使用风险评估规则模型进行风险评估。如果使用单线程去完成这些操作，这个同步请求超时的可能性会很大，因为服务端请求多个子系统是依次排队的，请求子系统获取数据的时间是线性累加的。此时可以使用CountDownLatch，让多个线程并发请求多个子系统，当获取到多个子系统数据之后，再进行风险评估，这样请求子系统获取数据的时间就等于最耗时的那个请求的时间，可以大大减少处理时间。
